DE4332233A1 - Elektronisch gesteuerte Servolenkung und Verfahren zu deren Steuerung - Google Patents
Elektronisch gesteuerte Servolenkung und Verfahren zu deren SteuerungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronisch gesteuerte
Servolenkung, bei der der Lenkunterstützungsanteil einer
Lenkeinrichtung eines Fahrzeugs gesteuert wird, und insbeson
dere eine Servolenkung, bei der angestrebte Lenkunterstützungs
anteil mit einer Fuzzy-Logik bestimmt wird.
Servolenkungen zur Herabsetzung der Kraft, die zur Bedienung
eines Lenkrades erforderlich ist (im folgenden kurz als Lenk
kraft bezeichnet), sind inzwischen weit verbreitet und variieren
sehr. Insbesondere werden hydraulische Servolenkungen, die
einen hydraulischen Zylindermechanismus zur hydraulischen
Herabsetzung der Lenkkraft benutzen, oft eingesetzt. Auch wur
den elektrisch betriebene Servolenkungen, bei denen die Lenk
kraft durch einen Elektromotor unterstützt wird, entwickelt.
Die genannten Servolenkungen gestatten die Steuerung von Fahr
zeugen, die eine hohe Lenkkraft erfordern, wie z. B. große Fahr
zeuge oder Fahrzeuge mit breiten Reifen an den gelenkten Rä
dern. Die Servolenkung reduziert die erforderliche Lenkkraft
und eliminiert so die sogenannte Schwergängigkeit des Lenkra
des.
Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedrig ist, wie beim Einpar
ken, ist es generell wünschenswert, daß mit einer geringen
Lenkkraft gelenkt werden kann. Wenn das Fahrzeug andererseits
mit hoher Geschwindigkeit fährt, wird das Fahrverhalten insta
bil, wenn die Lenkung leichtgängig ist, so daß dann eine ziem
lich schwergängige Lenkung wünschenswert ist. Daher wurde be
reits eine geschwindigkeitsabhängige Servolenkung entwickelt,
bei der die Lenkradbedienung in Abhängigkeit von der Fahrzeug
geschwindigkeit so gesteuert wird, daß bei einer niedrigen Ge
schwindigkeit des Fahrzeugs der Lenkunterstützungsanteil auf
einen relativ hohen Wert festgelegt wird, um die Lenkradbedie
nung leichter zu machen, wobei jedoch bei einer mittleren oder
hohen Fahrzeuggeschwindigkeit der Lenkunterstützungsanteil auf
einen vergleichsweise niedrigen Wert festgelegt wird, um die
Lenkradbedienung schwerer zu machen.
Bei einer solchen, von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen
Servolenkung ist ein Geschwindigkeitssensor am Fahrzeug vorge
sehen. Weiter ist ein Ventil zur Anpassung des Hydrauliköl
flusses zu einem Hydraulikzylinder in einem hydraulischen Sy
stem der hydraulischen Servolenkung vorgesehen. Das Ventil wird
in Abhängigkeit von der mittels des Geschwindigkeitssensors
gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert, um den Lenkunter
stützungsanteil anzupassen. Diese geschwindigkeitsabhängige
Servolenkung wird als elektronisch gesteuerte Servolenkung be
zeichnet.
Nachfolgend wird der Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer
konventionellen elektronisch gesteuerten Servolenkung anhand
der Fig. 9 bis 11 beschrieben.
Nach den Fig. 9 bis 11 ist eine Eingangswelle 11 drehbar in
einem Gehäuse 25 gelagert und mit einem Lenkrad (nicht darge
stellt) verbunden, um Lenkkräfte aufzunehmen. Am unteren Ende
der Eingangswelle 11 ist ein relativ verdrehbares Ritzel 12 mit
einer dazwischen angeordneten Hülse oder einem ähnlichen Ele
ment (nicht dargestellt) vorgesehen.
Ein Torsionsstab 15 ist im hohlen Innenraum der Eingangswelle
11 angeordnet. Der Torsionsstab 15 ist an einem oberen Ende
mittels eines Stiftes oder eines ähnlichen Elementes drehfest
mit der Eingangswelle 11 gekoppelt, während er am unteren Ende
nicht durch die Eingangswelle 11 eingespannt ist.
Das Ritzel 12 steht in einem verzahnten Eingriff mit dem unte
ren Ende des Torsionsstabes 15, so daß eine an der Eingangs
welle 11 angreifende Lenkkraft über den Torsionsstab 15 auf das
Ritzel 12 übertragen wird. Das Ritzel 12 greift in eine Zahn
stange 13 ein, so daß die Lenkkraft über das Ritzel 12 auf die
Zahnstange 13 übertragen wird, um dieselbe in ihrer axialen
Richtung (in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Fig. 9) zur
Steuerung nicht dargestellter Räder eines Fahrzeugs zu bewegen.
Ein hydraulischer Lenkzylinder 14 weist einen an der Karosserie
des Fahrzeugs angeordneten Zylinder 14A und einen Kolben 14B
auf, der dazwischen auf der Zahnstange 13 für eine Bewegung in
axialer Richtung in dem Zylinderabschnitt 14A zusammen mit der
Zahnstange 13 angeordnet ist. Das Innere des Zylinders 14A wird
durch den Kolben 14B in eine linksseitige und eine rechts
seitige Ölkammer 14C und 14D aufgeteilt.
Ein Drehschieber 16 ist zur Betätigung des Hydraulikzylinders
14 vorgesehen. Antriebsöl wird in oder aus der linken oder
rechten Ölkammer 14C oder 14D des Hydraulikzylinders 14 durch
Öffnen oder Schließen des Drehschiebers 16 gefördert, um eine
Lenkunterstützungskraft in der Zahnstange 13 hervorzurufen.
Der Drehschieber 16 ist zwischen der Eingangswelle 11 und dem
Ritzel 12 angeordnet. Er wird in Abhängigkeit von einer Pha
sendifferenz (Winkelposition; Differenz im Drehwinkel) zwischen
der Eingangswelle 11 und dem Ritzel 12 geöffnet oder geschlos
sen. Wenn eine Lenkkraft auf die Eingangswelle 11 wirkt, zeigt
die Eingangswelle 11 nur eine kleine Verdrehung, da diese starr
ist, aber der Torsionsstab 15 überträgt die Lenkkraft auf das
Ritzel 12, wobei dieser sich verwindet, und folglich das Ritzel
12 eine Phasendifferenz zur Lenkungsseite bezüglich der
Eingangswelle 11 zeigt. Der Drehschieber 16 wird so geöffnet
oder geschlossen, daß die erforderliche Lenkunterstützungskraft
in Lenkrichtung in Abhängigkeit von der Phasendifferenz erzeugt
wird.
Eine Vielzahl von Reaktionskraftkolben 17 sind an der äußeren
Peripherie in einem unteren Abschnitt der Eingangswelle 11 so
angeordnet, daß sie die äußere Peripherie der Eingangswelle 11,
wie in Fig. 11 dargestellt, umgeben. Die Kolben 17 sind
vorgesehen, um beim Lenken eine Reaktionskraft zur Erhöhung der
Lenkkraft (dies ist die Lenkreaktion) zu erzeugen. Die Re
aktionskraftkolben 17 werden von rückwärtig angeordneten Kam
mern 17A mit Hydrauliköl unter der Kontrolle eines Hydraulik
druckbegrenzungsventils 18 beaufschlagt, um die Eingangswelle
11 einzuspannen, um eine Reaktionskraft beim Lenken in Abhän
gigkeit vom Hydraulikdruck zu erzeugen. Die Kammern 17A sind
mit einem Ölreservoir 24 über entsprechende Auslauföffnungen 22
verbunden.
Das Ventil 18 zur Steuerung des Hydraulikdrucks bzw. zur Rege
lung des Hydraulikdrucks ist in der Nähe der Eingangswelle 11
angeordnet und erstreckt sich parallel zu dieser im Gehäuse 25,
wie in Fig. 10 dargestellt. Das Ventil 18 weist einen Kolben
18A, der in dem Gehäuse 25 auf- und abwärts gleitend gelagert
ist, eine Topfspule (Solenoid) 19, die auf den Kolben 18A mit
einer aufwärts gerichteten axialen Kraft wirkt, und eine Feder
20 auf, die den Kolben 18A normalerweise nach unten vorspannt.
Der Kolben 18A weist zwei Öldurchlässe 18B und 18C auf, die mit
dem Ölreservoir 24 verbunden sind. Weiter weist der Kolben 18A
einen ringförmigen Öldurchlaß 18D, der mit der Ölpumpe 23 ver
bunden ist, einen anderen ringförmigen Öldurchlaß 18E, der mit
den Kammern 17A der Reaktionskraftkolben 17 verbunden ist, und
einen Öldurchlaß 18F auf, der die ringförmigen Öldurchlässe 18D
und 18E miteinander verbindet. Hydrauliköl wird von der Ölpumpe
23 unter hohem Druck zu den Kammern 17A der Reaktionskraftkol
ben 17 über den ringförmigen Öldurchlaß 18D, den Öldurchlaß 18F
und den ringförmigen Öldurchlaß 18E gefördert.
Beim Lenken, während das Fahrzeug beispielsweise anhält oder
mit einer geringen Geschwindigkeit fährt, wird der Topfmagnet
19 mit maximalem Strom versorgt. Folglich ist der Kolben 18A
aufwärts in seine höchste Position geschoben, in der der ring
förmige Öldurchlaß 18D nicht mit der Ölpumpe 21 verbunden und
die Ölversorgung der Kammern 18A mit den Reaktionskraftkolben
17 unterbrochen ist. Folglich spannen die Reaktionskraftkolben
17 die Eingangswelle 11 nicht ein und das Lenken kann mit ge
ringer Kraft erfolgen.
Andererseits, wenn das Fahrzeug beispielsweise mit einer mitt
leren oder hohen Geschwindigkeit fährt, wird die Versorgung des
Topfmagneten 19 mit Strom in Abhängigkeit von einer Steigerung
der Fahrzeuggeschwindigkeit verringert. Folglich wird, wenn
sich das Lenkrad in seiner neutralen Position befindet, die
Axialkraft des Topfmagneten 19 auf den Kolben 18A entsprechend
einer Verringerung des Stromes verringert und, da sich die
Axialkraft verringert, bewegt sich der Kolben 18A nach unten,
so daß der ringförmige Öldurchlaß 18D mit der Ölpumpe 23 ver
bunden wird, um eine Versorgung der Kammern 17A der Reaktions
kraftkolben 17 mit Öl zu gestatten.
In diesen Zustand spannen die Reaktionskraftkolben 17 die Ein
gangswelle ein, um das Lenkrad in seiner neutralen Position zu
halten. Wenn das Lenkrad ein bißchen aus seiner neutralen Po
sition bewegt wird, versucht der Ausstoß der Ölpumpe 23 anzu
steigen. In diesem Moment wirkt der Ausgangsdruck der Ölpumpe
23 auf die Kammern 17A der Reaktionskraftkolben 17 im wesent
lichen ohne durch das Hydraulikdruckregelventil 18 kontrolliert
zu werden. Entsprechend wird die Lenkkraft in der Nähe der neu
tralen Position des Lenkrades erhöht und eine hinreichende Re
aktion des Lenkrades in seiner neutralen Position wird erhal
ten, die in einem Gefühl der Stabilität des Lenkrades in einer
neutralen Position resultiert.
Wenn das Fahrzeug mit einer mittleren oder hohen Geschwindig
keit fährt, steigert sich der Ausstoß der Ölpumpe 23 beim Len
ken innerhalb eines normalen Lenkbereiches, um den Lenkunter
stützungsanteil in Abhängigkeit von einer Betätigung des Lenk
rades, dies bedeutet in Abhängigkeit von einer Steigerung der
Lenkkraft, zu steigern. Zwischenzeitlich wirkt der Ausgangs
druck der Ölpumpe 23 auf die Kammern 17A der Reaktionskraftkol
ben 17 unter der Kontrolle des Hydraulikdruckbegrenzungsventils
18. Demzufolge spannen die Reaktionskraftkolben 17 die Ein
gangswelle 11 ein, um die Lenkreaktion (Lenkkraft) zu erhöhen.
Dies führt dazu, daß sich, wenn das Fahrzeug beim Lenken mit
mittlerer oder hoher Geschwindigkeit fährt, die Lenkkraft um
einen Betrag erhöht, der der Betätigung der Reaktionskraftkol
ben 17 entspricht, im Gegensatz zu der erforderlichen Lenkkraft
beim Lenken, wenn das Fahrzeug hält oder mit niedriger Ge
schwindigkeit fährt. Kurz gesagt, die Lenkreaktion wird erhöht
und ein stabiles Lenkgefühl bei mittlerer oder hoher Geschwin
digkeit erhalten. Im einzelnen, wenn die Versorgung des Topfma
gneten 19 mit Strom in Abhängigkeit von einer Steigerung der
Fahrzeuggeschwindigkeit verringert wird, da sich die Fahrzeug
geschwindigkeit erhöht, wird der Lenkunterstützungsanteil ver
ringert und die Lenkkraft (Lenkreaktion) steigt und folglich
entsteht das Gefühl einer größeren Lenkstabilität.
Die Lenkunterstützungscharakteristik kann auf diese Weise durch
eine Anpassung der Stromzufuhr zu dem Topfmagneten 19 geregelt
werden. Wie in Fig. 16 dargestellt, wird die Stromzufuhr zu
dem Topfmagneten 19 durch eine Kontrolleinheit (Steuereinheit)
30 in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit, gemessen
von einem Geschwindigkeitssensor 31, und zusätzlich in Abhän
gigkeit von beispielsweise einer Modusinformation von einem
EPS- (elektronisch gesteuerte Servolenkung) Modusumschalter 32
und von der Motorendrehzahl, gemessen von dem Drehzahlsensor 33
oder einem ähnlichen Element, zur Steuerung des Topfmagneten 19
bestimmt.
Mit dem EPS-Modusumschalter 32 kann zwischen einem Normalmodus
und einem Sportmodus gewählt werden, bei welchem die Kraft aus
gehend von einer niedrigeren Geschwindigkeit als im Normalmodus
erhöht wird. Wenn einer der Modi gesetzt ist, steuert die
Kontrolleinheit 30 die Lenkunterstützungscharakteristik der
Servolenkung entsprechend dem gewählten Modus. Wenn beispiels
weise der Sportmodus gewählt wurde, wird die Stromzufuhr zu dem
Topfmagneten 19 in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit
so angepaßt, daß sich eine Unterstützungscharakteristik ergibt,
daß sich der Unterstützungsanteil graduell mit einem Ansteigen
der Fahrzeuggeschwindigkeit von einem mittleren Ge
schwindigkeitsbereich der Geschwindigkeit V1 verringert, wie
dies Fig. 17 zu entnehmen ist. Wenn andererseits der Normal
modus gesetzt ist, wird die Stromzufuhr zu dem Topfmagneten 19
in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit so angepaßt,
daß sich eine solche Unterstützungscharakteristik ergibt, daß
der Unterstützungsanteil mit graduell zunehmender Fahrzeugge
schwindigkeit von einer etwas höheren Geschwindigkeit V2 (< V1)
abnimmt.
Wenn eine Panne mit einer Erkennungseinheit von den Fahrge
schwindigkeitsinformationen, der Motorendrehzahl oder derglei
chen festgestellt wird, wird der Topfmagnet 19 abgeschaltet, um
eine Fehlsteuerung zu vermeiden.
Weiterhin ist zu beachten, daß der Fahrer (Lenkbediener), wenn
er müde wird, die Bedienung des Lenkrades als schwer empfindet
und sich eine leichtere Bedienbarkeit des Lenkrades wünscht.
Mit einer konventionellen elektronisch gesteuerten Servolen
kung, bei der die Steuerung des Lenkunterstützungsanteils le
diglich in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit, wie
oben beschrieben, erfolgt, wird die Lenkunterstützungskraft je
doch unabhängig vom Ermüdungszustand des Fahrers festgelegt.
Daher wurde eine Servolenkung bereits vorgeschlagen, bei der
der Lenkunterstützungsanteil in Abhängigkeit vom Ermüdungszu
stand des Fahrers variiert wird. Diese Servolenkung ist in der
japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. Heisei 3-60480 veröf
fentlicht. Bei dieser Servolenkung wird die Fahrzeit des Fahr
zeugs erfaßt, und wenn die Fahrzeit übermäßig lang ist, wird
bestimmt, daß der Fahrer ermüdet ist, und der Lenkunterstüt
zungsanteil wird erhöht.
Mit dieser Servolenkung wird jedoch, da der Lenkunterstüt
zungsanteil mit zunehmender Fahrzeit erhöht wird, die Lenkkraft
generell gering, auch wenn der Lenkwinkel im einzelnen groß ist
und eine mittlere oder hohe laterale Beschleunigung auf das
Fahrzeug wirkt, wie bei einer kurvigen Bergstraße oder der
gleichen. Folglich wird das Reaktionsgefühl beim Bedienen des
Lenkrades unzureichend und es stellt sich eine ungenügende
Lenklinearität oder Verlust oder Fehlen einer Lenkinformation
ein, was in dem Problem resultiert, daß die Steuerbarkeit oder
Spurtreue des Fahrzeugs abnimmt.
Wenn der Fahrer eine Pause einlegt, während der Motor läuft,
bleibt die Lenkkraft gering und der Fahrer kann sich aufgrund
der des unzureichenden Lenkgefühls oder der unzureichenden Re
aktion beim Lenken unsicher fühlen, obwohl er sich bei der Rast
von seiner Müdigkeit erholt hat.
Kurz gesagt, da der Lenkunterstützungsanteil unabhängig von ei
ner Änderung des aktuellen Ermüdungszustands des Fahrers, wenn
sich die Fahrzeit vergrößert, verändert wird, kann die bekannte
Servolenkung den aktuellen Ermüdungszustand des Fahrers nicht
berücksichtigen, um schließlich einen optimalen Lenkunterstüt
zungsanteil zu erhalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronisch ge
steuerte Servolenkung zu schaffen, bei der der Lenkunterstüt
zungsanteil in Übereinstimmung mit dem Ermüdungszustand des
Fahrers angepaßt wird, um eine optimale Lenkcharakteristik un
ter Vermeidung der oben genannten Nachteile zu erhalten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Servolenkung oder
ein Verfahren mit den Merkmalen nach einem der unabhängigen
Ansprüche gelöst.
Erfindungsgemäß ist eine elektronisch gesteuerte Servolenkung
vorgesehen, die Mittel zur Festlegung eines angestrebten Unter
stützungsanteils und zur Regelung eines Lenkunterstützungsan
teils des Fahrzeugs in Abhängigkeit des angestrebten Unterstüt
zungsanteil, festgelegt durch diese Mittel, aufweist. Weiter
sind Ermüdungsbestimmungswertberechnungsmittel zur Berechnung
eines Bestimmungswertes des Ermüdungsgrades des Lenkbedieners
vorgesehen. Die Mittel zur Festlegung des angestrebten Unter
stützungsanteils erhalten als Eingabewert den Bestimmungswert
des Ermüdungsgrades berechnet durch die Ermüdungsbestimmungs
wertberechnungsmittel zur Festlegung des angestrebten Unter
stützungsanteils unter Verwendung des Bestimmungswertes des Er
müdungsgrades.
Bei der erfindungsgemäßen elektronisch gesteuerten Servolenkung
wird zur Bestimmung des angestrebten Unterstützungsanteils der
berechnete Müdigkeitsbestimmungswert berücksichtigt, so daß der
angestrebte Unterstützungsanteil den Ermüdungsgrad des
Lenkradbedieners berücksichtigt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
weist die elektronisch gesteuerte Servolenkung auch Lenk
winkelerfassungsmittel zur Erfassung des Lenkwinkels ha auf.
Der Bestimmungswert für den Grad der Müdigkeit wird durch Mü
digkeitsbestimmungsmittel festgelegt, die den Wert auf der
Grundlage einer Hysterese der Lenkwinkelgeschwindigkeit ha′ bei
einem Lenkwinkel ha, gemessen durch die Lenkwinkelerfassungs
mittel, bestimmen. Der Bestimmungswert des Müdigkeitsgrades
wird von einem Referenzwert T0, der durch Mitteln von Werten R0
der Lenkwinkelgeschwindigkeit ha′ bei einem Lenkwinkel ha in
einer vorbestimmten Anzahl n von Lenkbewegungen in einem An
fangsstadium des Fahrens des Fahrzeugs berechnet wird, und von
Ermüdungsdaten RR berechnet, die durch Mitteln eines Summenwer
tes R1 von Werten R der Lenkwinkelgeschwindigkeit ha′ bei einem
Lenkwinkel ha in einer vorbestimmten Anzahl n von Lenkoperatio
nen, verbunden mit dem Verlauf der Fahrzeit und einem vorange
gangenen Summenwert R0 berechnet werden. Folglich kann der Mü
digkeitsgrad des Lenkers mit Sicherheit bestimmt werden, und
der angestrebte Unterstützungsanteil kann zu einer optimalen
Lenkcharakteristik in Übereinstimmung mit dem Müdigkeitsgrad
des Lenkers festgelegt werden.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird der Referenzwert T0 jedesmal, nachdem der Zünd
schalter des Fahrzeugs angeschaltet wird, berechnet. Folglich
kann, wenn der Fahrer eine Pause mit abgeschaltetem Motor der
Fahrzeugs einlegt und sich von der Müdigkeit erholt, der ange
strebte Unterstützungsanteil mit Sicherheit in Übereinstimmung
mit dem Grad der Müdigkeit des Lenkers zu diesem Zeitpunkt be
stimmt werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung weist die elektronisch gesteuerte Servolenkung ferner
Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel zur Erfassung der
Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf, und der Referenzwert T0 wird
nur berechnet, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit gleich oder
größer als ein vorbestimmter Wert und der absolute Lenkwinkel
gleich oder größer als ein anderer vorbestimmter Wert ist,
wobei die Berechnung durch Stichprobenentnahme von Werten R0
der Lenkwinkelgeschwindigkeit ha′ bei dem Lenkwinkel ha bei
einer vorbestimmten Anzahl n von Lenkoperationen erfolgt. Folg
lich kann der Ermüdungszustand des Lenkers und der Fahrzustand,
in welchem der Lenker ermüdet, berücksichtigt und mit Sicher
heit berechnet werden. Des weiteren werden auch die Ermüdungs
daten RR nur berechnet, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit gleich
oder größer als ein vorbestimmter Wert und der absolute
Lenkwinkel gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist,
entsprechend durch eine Stichprobenentnahme von Werten R der
Lenkwinkelgeschwindigkeit ha′ bei einem Lenkwinkel ha bei einer
vorbestimmten Anzahl n von Lenkbewegungen, so daß der Müdig
keitsgrad des Lenkers mit einem höheren Grad an Sicherheit be
rechnet werden kann.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach der vor
liegenden Erfindung benutzen die Mittel zur Bestimmung des
Sollwertes des Unterstützungsanteils eine mitgliedschaftliche
Funktion zur Bewertung des Bestimmungswertes für den Müdig
keitsgrad, so daß der angestrebte Unterstützungsanteil in Ab
hängigkeit von dem Betrag des Bestimmungswertes für den Müdig
keitsgrad erhöht oder erniedrigt werden kann. So wird eine
Feinsteuerung, bei der der Müdigkeitsgrad des Lenkers berück
sichtigt wird, ermöglicht, und es kann eine optimale Lenkcha
rakteristik für den Lenkbediener erreicht werden.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform bestimmen
die Mittel zur Festlegung des Sollwertes des Unterstützungsan
teils den angestrebten Unterstützungsanteil unter Benutzung
einer mitgliedschaftlichen Funktion, mit welcher der ange
strebte Unterstützungsanteil von einer Anpassung, die für den
Bestimmungswert des Ermüdungsgrades berechnet wird, festgelegt
wird, wobei die Anpassung des Bestimmungswertes des Ermüdungs
grades auf 0 gesetzt wird, wenn der Bestimmungswert des Ermü
dungsgrades niedriger als ein vorbestimmter Wert ist. Folglich
kann verhindert werden, daß der angestrebte Unterstützungsan
teil ansteigt, wenn der Lenker bzw. Fahrer nicht müde ist.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird die Anpassung des Bestimmungswertes des Ermüdungsgrades so
festgelegt, daß in einem Bereich, in dem der Anpassungswert des
Ermüdungsgrades gleich oder größer als ein erster vorbestimmter
Wert ist, der angestrebte Unterstützungsanteil mit ansteigender
Anpassung des Bestimmungswertes ansteigt, jedoch in einem
anderen Bereich, in dem der Bestimmungswert des Ermüdungsgrades
gleich oder größer als ein zweiter vorbestimmter Wert ist,
welcher größer als der erste vorbestimmte Wert ist, die
Anpassung des Bestimmungswertes des Ermüdungsgrades unabhängig
vom Ansteigen des Bestimmungswertes des Ermüdungsgrades kon
stant gehalten wird. Damit kann verhindert werden, daß die
Lenkkraft generell übermäßig gering wird und so einen Grad er
reicht, bei dem das Reaktionsgefühl beim Bedienen des Lenkrades
unzureichend ist, so daß Unzulänglichkeiten der Lenklinearität
oder ein Verlust oder ein Fehlen von Lenkinformation vermieden
wird, was zu einer Reduzierung der Steuerbarkeit und der Spur
treue des Fahrzeugs führen würde.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher er
läutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils einer
elektronisch gesteuerten Servolenkung des Fuzzy-Kon
troll-Typs als bevorzugte Ausführungsform nach der vor
liegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt Diagramme mit Beispielen von mitgliedschaftlichen
Funktionen, die zur Fuzzy-Steuerung der Servolenkung
nach Fig. 1 verwendet werden.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm mit einem Beispiel eines trapezför
migen Sets, mit welchem der Lenkkraftunterstützungsan
teil von einer Anpassung zur Benutzung der Fuzzy-Steue
rung einer Servolenkung nach Fig. 1 berechnet wird.
Fig. 4 zeigt ein Diagramm mit einem Beispiel einer Berechnung
einer Anpassung zur Benutzung für die Fuzzy-Steuerung
einer Servolenkung nach Fig. 1.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm mit einem spezifischen Beispiel ei
nes trapezförmigen Sets, mit welchem ein Lenkunterstüt
zungsanteil von einer Anpassung zur Benutzung für eine
Fuzzy-Steuerung für eine Servolenkung nach Fig. 1 be
rechnet wird.
Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm mit dem generellen Ablauf der
Steuerung einer Servolenkung nach Fig. 1.
Fig. 7 und 8 zeigen
Flußdiagramme mit den Einzelheiten des
Steuerungsablaufs bei der Servolenkung nach Fig. 1.
Fig. 9 zeigt einen Schnitt durch eine konventionelle elektro
nisch gesteuerte Servolenkung unter Darstellung einer
Eingangswelle, einer Welle eines Ritzels und zugehöri
ger Elemente zusammen mit einem hydraulischen Lenkzy
linder.
Fig. 10 zeigt einen querverlaufenden Schnitt entlang der Linie
A-A gemäß Fig. 9 unter Darstellung der Eingangswelle
und zugehöriger Elemente einer gewöhnlichen elektro
nisch gesteuerten Servolenkung nach Fig. 9.
Fig. 11 zeigt einen schematischen Schnitt entlang der Linie C-C
nach Fig. 10 unter Darstellung eines hydraulischen
Steuerventils, welches längs der Eingangswelle der kon
ventionellen elektronisch gesteuerten Servolenkung nach
Fig. 9 angeordnet ist, wobei ein Reaktionskraftkolben
im Schnitt längs der Linie B-B nach Fig. 9 dargestellt
ist.
Fig. 12 zeigt ein Diagramm, das die Charakteristik des Unter
stützungsanteils einer konventionellen elektronisch ge
steuerten Servolenkung nach Fig. 9 darstellt.
Eine elektronisch gesteuerte Servolenkung des fuzzy-gesteuerten
Typs in einer bevorzugten Ausführungsform nach der vorliegenden
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung
beschrieben.
Die elektronisch gesteuerte Servolenkung 1 weist einen mecha
nischen Teil (hardware construction) auf, der im wesentlichen
dem einer konventionellen elektronisch gesteuerten Servolen
kung, wie bereits oben unter Bezugnahme auf die Fig. 9 bis 11
beschrieben, entspricht, wobei nun der mechanische Teil de
tailliert beschrieben wird.
Nach den Fig. 1, 10 und 11 ist im Inneren einer Eingangswelle
11 ein Torsionsstab 15 an seinem oberen Ende mit der Welle 11
drehfest gekoppelt, während er an seinem unteren Ende mit der
Eingangswelle 11 nicht verspannt ist.
Ein Ritzel 12 steht in Zahneingriff mit dem unteren Ende des
Torsionsstabes 15, so daß eine Lenkkraft, die auf die Eingangs
welle 11 wirkt über den Torsionsstab 15 auf das Ritzel 12 über
tragen wird. Das Ritzel 12 steht in Zahneingriff mit einer
Zahnstange 13, so daß die Lenkkraft über das Ritzel 12 auf die
Zahnstange 13 übertragen und diese in ihrer axialen Richtung
bewegt wird, um die Lenkung der Räder zu verursachen.
Ein Hydraulikzylinder 14 ist auf der Zahnstange 13 vorgesehen.
Es weist einen Zylindermantel 14A, der an einem Teil der Ka
rosserie des Fahrzeugs befestigt ist, und einen Kolben 14B auf,
der zwischendrin auf der Zahnstange 13 zur Bewegung in einer
axialen Richtung im Zylindermantel 14A zusammen mit der Zahn
stange 13 angeordnet ist. Der hohle Innenraum des Zylinders 14A
wird durch den Kolben 14B in zwei Ölkammern 14C und 14D ge
teilt.
Ein Drehschieberventil 16 ist zwischen der Eingangswelle 11 und
dem Ritzel 12 angeordnet. Der Drehschieber 16 wird in Abhängig
keit einer Phasendifferenz (Winkelposition) zwischen der Ein
gangswelle 11 und dem Ritzel 12 geöffnet oder geschlossen, und
je nachdem, wie der Drehschieber 16 geöffnet oder geschlossen
wird, wird Betätigungsöl in oder aus der linken oder rechten
Ölkammer 14C oder 14D des Hydraulikzylinders 14 gefördert, so
daß eine Lenkunterstützungskraft auf die Zahnstange 13 wirkt.
Eine Vielzahl von Reaktionskraftkolben 17 zum Erzeugen einer
Lenkreaktionskraft beim Lenken, die die Lenkkraft erhöht (dies
ist die Lenkantwort), sind an der äußeren Peripherie eines un
teren Abschnitts der Eingangswelle 11 so angeordnet, daß sie
die äußere Peripherie der Eingangswelle 11 umgeben. Die Reak
tionskraftkolben 17 erhalten von rückwärtigen Kammern 17A Öl
unter Druck unter der Kontrolle eines Hydraulikdruckkontroll
ventils 18 zugeführt, um die Eingangswelle 11 einzuspannen und
so in Abhängigkeit vom Hydraulikdruck eine Lenkreaktionskraft
zu zeigen. Die Kammern 17A sind über Auslaßöffnungen 22 mit ei
nem Ölreservoir 24 verbunden.
Das Hydraulikdrucksteuerventil 18 ist in der Nähe der Ein
gangswelle 11 im Gehäuse 25 angeordnet und erstreckt sich par
allel zu dieser. Das Ventil 18 weist einen Kolben 18A auf, der
für eine auf- und abwärts gleitende Bewegung im Gehäuse 25 an
gepaßt ist. Weiterhin weist das Ventil 18 einen Topfmagneten
(Solenoid) 19, der mit einer aufwärts gerichteten Axialkraft
auf den Kolben 18A wirkt, und eine Feder 20 auf, die den Kolben
18A nach unten vorspannt.
Der Kolben 18A weist Öldurchlässe 18B und 18C, die mit dem Öl
reservoir 24 verbunden sind, einen ringförmigen Öldurchlaß 18D,
der mit einer Ölpumpe 23 verbunden ist, einen weiteren ringför
migen Öldurchlaß 18E, der mit den Kammern 17A der Reaktionskr
aftkolben 17 verbunden ist, und einen Öldurchlaß 18F auf, der
die ringförmigen Öldurchlässe 18D und 18E miteinander verbin
det. Kurz gesagt, es wird Öl unter hohem Druck von der Ölpumpe
23 vom ringförmigen Öldurchlaß 18D über den Öldurchlaß 18F und
den ringförmigen Öldurchlaß 18E zu den Kammern 17A der Reakti
onskraftkolben 17 gefördert.
Im Hydraulikdruckkontrollventil 18 der oben beschriebenen Kon
struktion wird die Höhe des Stromes, mit dem der Topfmagnet 19
versorgt wird, mittels einer Steuereinheit (Kontrollmitteln) 30
in Abhängigkeit von der Information über die Fahrzeuggeschwin
digkeit von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 31, der Infor
mation über den Lenkwinkel von einem Lenkwinkelsensor 34 und
einigen anderen Informationen zur Kontrolle des Topfmagneten
19, wie in Fig. 1 dargestellt, festgelegt.
Die Steuereinheit 30 weist eine Einheit 30A zur Berechnung der
lateralen Beschleunigung, Mittel 30C zur Berechnung eines Be
stimmungswertes für den Ermüdungsgrad und Mittel (Fuzzy-Be
rechnungseinheit) 30B zur Festlegung eines angestrebten Unter
stützungsanteils durch Fuzzy-Berechnung auf. In der Steuerein
heit 30 berechnet die Berechnungseinheit 30A für die laterale
Beschleunigung eine laterale Beschleunigung Gy, die auf das
Fahrzeug wirkt, von der Fahrzeuggeschwindigkeit V und einem
Lenkwinkel ha, und die Mittel 30C zur Berechnung eines Ermü
dungsbestimmungswertes berechnen einen Ermüdungsbestimmungswert
basierend auf der Hysterese der Lenkwinkelgeschwindigkeit in
Abhängigkeit vom Lenken. Die Fuzzy-Steuereinheit 30B führt dann
die Fuzzy-Berechnung unter Benutzung der lateralen Be
schleunigung Gy und des Ermüdungsbestimmungswertes aus.
In der Fuzzy-Berechnungseinheit 30B werden Anpassungen oder Gü
ten der Anpassung von einer solchen mitgliedschaftlichen Funk
tion, mit der eine Anpassung oder Güte einer Anpassung
(Einstufung) vom Ermüdungsgrad des Fahrers (Lenkradbedieners)
berechnet wird, und mit einer anderen mitgliedschaftlichen
Funktion berechnet, mit welcher eine Anpassung oder die Güte
einer Anpassung vom lateralen Beschleunigungswert Gy berechnet
wird, wie in Fig. 2 dargestellt. Dann wird von den Anpassungen
ein Kontrollanteil (dies der Anteil, um den der Unterstützungs
anteil reduziert wird) unter Benutzung des Verfahrens des ela
stischen Zentrierens bestimmt, wie Fig. 3 zu entnehmen ist, in
welcher ein trapezförmiges Set gezeigt ist, um den Anteil des
Versorgungsstromes zu dem Topfmagneten 19 zu steuern. Dadurch
wird eine Steuerung des Unterstützungsanteils (Ermüdungs-Gegen
messungs-Steuerung) erreicht, wenn der Fahrer müde wird.
Nun werden die mitgliedschaftlichen Funktionen, dargestellt in
Fig. 2, beschrieben. Wenn der Ermüdungsbestimmungswert gleich
oder größer als ein erster vorbestimmter Wert (hier 5
[Grad/s/Grad]) ist, steigt die Anpassung mit steigendem Ermü
dungsbestimmungswert an. Wenn dann der Ermüdungsbestimmungswert
gleich oder größer als ein zweiter vorbestimmter Wert (hier 10
[Grad/s/Grad]) ist, behält die Anpassung ihren Maximalwert 1
bei. Wenn der laterale Beschleunigungswert Gy niedriger als ein
erster vorbestimmter Wert (hier 0,3 g) ist, behält die
Anpassung ihren maximalen Wert 1 bei, wenn aber der laterale
Beschleunigungswert gleich oder größer als der erste vorbe
stimmte Wert (hier 0,3 g) ist, nimmt die Anpassung in Abhängig
keit mit dem Anstieg des lateralen Beschleunigungswertes Gy ab.
Wenn der laterale Beschleunigungswert Gy dann gleich oder
größer als ein anderer vorbestimmter Wert (hier 0,7 g) ist,
behält die Anpassung ihren Minimalwert 0 bei.
Die Mittel 30C zur Berechnung des Ermüdungsbestimmungswertes
berechnen für eine passende Anzahl von Lenkoperationen in einem
Anfangsstadium des Fahrens einen Mittelwert (Referenzwert) T0
von Werten R0 (= ha′/ha) der Lenkwinkelgeschwindigkeit ha′
(-dha/dt) bei einem Lenkwinkel ha. Nachfolgend addieren die
Mittel 30C zur Berechnung des Ermüdungsbestimmungswertes immer
für eine passende Anzahl der letzten Lenkoperationen Werte R (=
ha′/ha) der Lenkwinkelgeschwindigkeit ha′ (= dha/dt) bei einem
Lenkwinkel ha und Mitteln die so erhaltenen Summenwerte R1 mit
einem vorangehenden Summenwert R0 um Ermüdungsdaten RR (=
(R2+R0)/2) zu berechnen. Dann bestimmen die Mittel 30C eine
Differenz Hiro01 (=RR-T0) zwischen den Ermüdungsdaten RR und
dem Referenzwert T0 als Ermüdungsbestimmungswert.
Dieses Berechnungsverfahren wurde entwickelt unter Kenntnis
nahme der Tatsache, daß die Lenkoperationen mit steigender Mü
digkeit rauh werden und basiert auf der Idee, daß es effektiv
für eine Bestimmung der Ermüdung ist, basierend auf dem Refe
renzwert T0, der berechnet ist, wenn der Fahrer nicht müde ist,
die Differenz zwischen den Ermüdungsdaten RR und dem Refe
renzwert T0 als Ermüdungsbestimmungswert zu bilden.
Die Bewertung des Unterstützungsabnahmesteueranteils ist in
fünf Stufen von S (klein/small), MS (mittelklein/medium
small), M (mittel/medium), MB (mittelgroß/medium big) bis B
(groß/big) hier unterteilt, wie in Fig. 3 dargestellt. Es ist
zu bemerken, daß der Unterstützungsanteil auf 100% mit der Be
wertung S gesetzt wird und auf 0% mit der Bewertung B.
Hinsichtlich der Anpassung des Ermüdungsgrades und der Anpas
sung des Maßes der lateralen Beschleunigung wird der ange
strebte Unterstützungsanteil wird S (klein/small) gesetzt, so
daß der Lenkunterstützungsanteil groß sein kann. Hier wird eine
relativ kleine Anpassung des Ermüdungsgrades und eine relativ
kleine Anpassung der lateralen Beschleunigung angenommen.
Es ist zu bemerken, daß ein angestrebter Wert des Unterstüt
zungsabnahmesteueranteils unter Berücksichtigung des Ermü
dungsgrades und der lateralen Beschleunigung bestimmt wird.
Dies bedeutet, daß ein angestrebter Unterstützungsanteil aktu
ell mit einem anderen angestrebten Unterstützungsanteil, be
stimmt aus unterschiedlichen Eingangsbedingungen unter Verwen
dung der Methode des elastischen Zentrierens oder einer anderen
Methode verarbeitet wird, um einen Endwert für den angestrebten
Unterstützungsanteil festzulegen, so daß folglich die Anpassung
des Ermüdungsgrades und die Anpassung der lateralen
Beschleunigung als Gewichtungsfaktoren in die Bewertung S ein
gehen. Die oben genannten unterschiedlichen Eingangs- bzw. Ein
gabebedingungen umfassen die Fahrzeuggeschwindigkeit, die late
rale Beschleunigung, den Lenkwinkel und so fort, und die ge
wählte Anpassung wird zusammengefügt mit einem angestrebten Un
terstützungsanteil, der von zumindest einem der Erfassungswerte
der Eingangsbedingungen bestimmt wird, um einen Endwert für den
angestrebten Unterstützungsanteil festzulegen.
Da die elektronisch gesteuerte Servolenkung nach dem Fuzzy-Kon
troll-Typ in einer Ausführungsform nach der vorliegenden Erfin
dung in der oben beschriebenen Art aufgebaut ist, wird die
elektronische Steuerung des Servolenkung beispielsweise in ei
ner Art ausgeführt, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist.
Nach Fig. 6 werden zuerst Sensorsignale vom Fahrzeuggeschwin
digkeitssensor 31 und dem Lenkwinkelsensor 34 in Schritt S1
eingelesen und in die Steuereinheit 30 eingegeben, in welcher
sie nachfolgend von Analogsignalen in digitale Signale konver
tiert werden (Schritt S2).
Dann wird eine Fuzzy-Variable berechnet. Die Einheit 30A be
rechnet die laterale Beschleunigung Gy, die auf das Fahrzeug
wirkt, von der Fahrzeuggeschwindigkeit V und dem Lenkwinkel ha,
und dann berechnen die Mittel 30C einen Ermüdungsbestimmungs
wert Hiro01 vom Lenkwinkel ha und von der Lenkwinkelgeschwin
digkeit ha′ (Schritt S3). Die Einzelheiten dieser Berechnung
des Ermüdungsbestimmungswertes werden später beschrieben.
Die Fuzzy-Berechnungseinheit 30B berechnet dann eine Anpassung
hinsichtlich des Ermüdungsbestimmungswertes und eine andere An
passung hinsichtlich der lateralen Beschleunigung Gy unter Be
nutzung solcher mitgliedschaftlicher Funktionen, wie in Fig. 2
dargestellt (Schritt S4).
Von den Anpassungen wird dann ein angestrebter Unterstützungs
anteil unter Benutzung des Verfahrens des elastischen Zentrie
rens bestimmt (Schritt S5). Dieser angestrebte Unterstützungs
anteil wird dann in einen entsprechenden Stromanteil zur Ver
sorgung des Topfmagneten 19 umgewandelt (Schritt S6) und mit
tels einer Treiberschaltung an den Topfmagneten 19 des Hydrau
likdruckkontrollventils 18 ausgegeben (Schritt S7).
Nun wird die oben angesprochene Berechnung des Ermüdungsbe
stimmungswertes beschrieben. Zuerst wird eine Lenkcharakteri
stik, dies ist ein Wert (Referenzwert) T0, berechnet, wenn der
Fahrer noch nicht müde ist, in dem über eine erforderliche An
zahl von Werten R0 (= ha′/ha) bei der Lenkwinkelgeschwindigkeit
ha′ (= dha/dt) bei dem Lenkwinkel ha in einem Anfangsstadium
der Fahrzeugfahrt gemittelt wird.
Eine solche Berechnung wird nur einmal im Anfangsstadium der
Fahrt durchgeführt, indem Stichproben einer erforderlichen An
zahl (z. B. 50) sofort nach dem Starten des Motors genommen wer
den. Obwohl die Berechnungseinheit ihren Betrieb aufnimmt nach
dem die Zündung des Fahrzeugs eingeschaltet ist, wird, wenn
einmal ein Referenzwert T0 berechnet ist, die Berechnung eines
solchen Referenzwertes T0 nicht mehr durchgeführt, solange die
Zündung eingeschaltet bleibt.
Der Berechnungsablauf für den Referenzwert T0 vollzieht sich
beispielsweise in einer Art und Weise, wie die im Flußdiagramm
einer Unterroutine zur Berechnung von T0 in Fig. 8 dargestellt
ist. Bei dem Ablauf nach Fig. 8 wird der Wert R anfangs auf 0
und der Wert n anfangs auf 50 gesetzt (Schritt b1).
Dann wird bestimmt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V gleich
oder größer als ein vorbestimmter Wert (z. B. 40 km/h) ist oder
nicht (Schritt b2), anschließend wird bestimmt, ob der Betrag
des Lenkwinkels ha gleich oder größer als ein vorbestimmter
Wert (z. B. 30 Grad) ist oder nicht (Schritt b3).
Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V kleiner als der vorbestimmte
Wert oder der Betrag ha des Lenkwinkels kleiner als der
entsprechende vorbestimmte Wert ist, werden keine Stichproben
genommen. Wenn aber die Fahrzeuggeschwindigkeit V größer oder
gleich dem entsprechenden vorbestimmten Wert und der Betrag ha
des Lenkwinkels größer oder gleich dem entsprechenden vorbe
stimmten Wert ist, setzt sich die Steuersequenz mit Schritt b4
fort, bei welchem ein Wert R0 (= ha′/ha) von der Lenkwinkelge
schwindigkeit ha′ (= dha/dt) bei einem Lenkwinkel ha berechnet
wird.
Bei Schritt b5 wird dann der vorliegende Wert R0 zu einem an
deren Wert R der Lenkwinkelgeschwindigkeit ha′ im Verhältnis
zum Lenkwinkel ha, welcher im letzten Steuerzyklus berechnet
und gespeichert wurde, addiert, um einen neuen Wert R zu er
halten. Bei Schritt b6 wird der Zählerwert n um 1 erniedrigt.
Anschließend wird in Schritt b7 festgestellt, ob der Zählerwert
n gleich 0 ist oder nicht, und wenn der Zählerwert nicht gleich
0 ist, dies bedeutet, daß noch keine 50 Datenproben für den
Wert R0 (= ha′/ha) addiert wurden, setzt die Steuersequenz mit
Schritt b11 fort, bei welchem die Flagge (Zustandsvariable)
T0Flg auf 1 gesetzt wird, wonach die Kontrollsequenz zu Schritt
S1 (Fig. 6) zurückkehrt.
Wenn andererseits bei Schritt b7 der Zählerwert n gleich 0 ist,
daß heißt, wenn 50 Datenwerte für den Wert R0 (= ha′/ha) ad
diert wurden, geht die Kontrollsequenz von Schritt b7 weiter zu
Schritt b8, bei welchem die Flagge T0Flg auf 0 gesetzt wird,
und dann weiter zu Schritt b9, bei welchem der Wert R, erhalten
durch Addition der 50 Datenwerte, durch 50 zur Berechnung des
Mittelwertes (dies ist der Referenzwert für die Ermüdungsbe
stimmung) T0 dividiert wird.
Es ist anzumerken, daß die Flagge T0Flg während der Stichpro
bennahme zur Berechnung des Referenzwertes T0 auf 1 gesetzt
wird, aber nach Beendigung der Berechnung auf 0 zurückgesetzt
wird.
Die Berechnung des Ermüdungsbestimmungswertes Hiro01 wird unter
Verwendung des nach dem oben beschriebenen Verfahren be
rechneten Referenzwertes T0 ausgeführt, wobei dies beispiels
weise in einer Art und Weise erfolgen kann, wie dies im Fluß
diagramm einer Unterroutine zur Berechnung von Hiro01 in Fig. 7
dargestellt ist.
Zu Fig. 7; der Steuerfluß beginnt, wenn die Zündung einge
schaltet wird, und zuerst wird als Initialisierung der Ermü
dungsbestimmungswert Hiro01 und der Wert RT auf 0 zurückge
setzt, der Zählerwert n′ wird auf 50, die R0-Flagge R0Flg auf 0
und die Bestimmungswertstichprobenflagge RFlg auf 1 gesetzt.
Dann wird bestimmt, ob die Flagge T0Flg gleich 1 ist oder nicht
(Schritt a2), und wenn die Flagge T0Flg gleich 1 ist, dies be
deutet, daß die Probewertnahme zur Berechnung der Referenzwer
tes T0 noch nicht abgeschlossen ist, wird die vorliegende
Steuerung (Berechnung) nicht ausgeführt. Wenn die Flagge T0Flg
ungleich 1 ist, dies bedeutet, daß die Wertesammlung zur Be
rechnung des Referenzwertes T0 abgeschlossen ist, setzt die
Steuersequenz mit Schritt a3 fort, bei dem der Referenzwert T0
eingelesen wird.
Es wird dann festgestellt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V
gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert (z. B. 40 km/h)
ist oder nicht (Schritt a4), und anschließend wird festge
stellt, ob der Betrag ha des Lenkwinkels gleich oder größer
als ein vorbestimmter Wert (z. B. 30 Grad) ist oder nicht
(Schritt a5).
Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als der entspre
chende vorbestimmte Wert oder wenn der Betrag |ha| des Lenk
winkels niedriger als der entsprechende vorbestimmte Wert ist,
wird die vorliegende Berechnung nicht ausgeführt, wenn jedoch
die Fahrzeuggeschwindigkeit gleich oder höher ist als der kor
respondierende vorbestimmte Wert und der Betrag |ha| der Win
kelgeschwindigkeit gleich oder größer als der entsprechende
vorbestimmte Wert ist, wird die Steuersequenz mit Schritt a6
fortgesetzt, bei welchem der Wert R (= ha′/ha) von der Lenk
winkelgeschwindigkeit ha′ (= dha/dt) beim Lenkwinkel ha berech
net wird.
Beim nächsten Schritt a7 wird der vorliegende Wert R zu dem
Wert RT der Lenkwinkelgeschwindigkeit ha′ beim Lenkwinkel ha,
welcher beim letzten Steuerzyklus berechnet und abgespeichert
wurde, addiert, um einen neuen Wert RT zu erhalten. Anschlie
ßend wird in Schritt a8 der Zählerwert n′ um 1 erniedrigt.
Schließlich wird in Schritt a9 festgestellt, ob der Zählerwert
n′ gleich 0 ist oder nicht, und wenn der Zählerwert n′ nicht
gleich 0 ist, dies bedeutet, daß falls noch nicht 50 Datenpro
bewerte für den Wert R (= ha′/ha) addiert wurden, wird der Be
rechnungszyklus beendet.
Wenn andererseits in Schritt a9 der Zählerwert n′ gleich 0 ist,
d. h., wenn 50 Datenproben für den Wert R (= ha′/ha) addiert
worden sind, schreitet nun die Steuersequenz von Schritt a9 zu
Schritt a10 weiter, bei welchem der Zählerwert n′ auf 50 ge
setzt wird.
Im folgenden Schritt a11 wird festgestellt, ob die R0-Flagge
R0Flg gleich 1 ist oder nicht. Wenn dieser Schritt zum ersten
Mal, nachdem die Berechnung des Ermüdungsbestimmungswertes
Hiro01 gestattet worden ist, durchlaufen wird, setzt sich die
Steuersequenz mit Schritt a12 fort, da die R0-Flagge R0Flg un
gleich 1 ist. Bei Schritt a12 wird der Wert R0 auf T0 gesetzt,
und die Steuersequenz setzt sich dann mit Schritt a13 fort.
In Schritt a13 wird festgestellt, ob die Bestimmungswertprobe
nahmeflagge RFlg gleich 1 ist oder nicht. In diesem Moment
setzt die Kontrollsequenz, da die Bestimmungswertprobennahme
flagge RFlg auf 1 in einem anfänglichen Stadium gesetzt worden
ist, mit Schritt a14 fort, in welchem ein Mittelwert durch Di
vision des Wertes RT durch 50 erhalten und in den Wert (die Va
riable) R1 abgelegt wird, und dann folgt Schritt a15, in dem
die Bestimmungswertprobensammelflagge RFlg auf 0 zurückgesetzt
wird.
Die Kontrollsequenz wird dann mit Schritt a16 fortgesetzt, bei
dem ein Mittelwert (Ermüdungsdaten) RR (= (R1+R0)/2) aus den
Werten R1 und R2 berechnet wird.
Anschließend wird in Schritt a17 der Ermüdungsbestimmungswert
Hiro01 als eine Differenz (=RR-T0) aus dem Wert RR der Ermü
dungsdaten und dem Referenzwert T0 berechnet.
Dann, wenn die nächsten 50 Wertesammeloperationen erfolgt sind,
setzt sich die Kontrollsequenz über die Schritt a9, a10, a11
und a12 zu Schritt a13 und dann von Schritt a13 zu Schritt a18
fort, da die Bestimmungswertsammelflagge RFlg nun gleich 0 ist.
In Schritt a18 wird ein Mittelwert durch Division des Wertes RT
durch 50 erhalten und als Wert R0 gesetzt (abgelegt), und an
schließend wird in Schritt a19 die Bestimmungswertsammelflagge
RFlg auf 1 gesetzt. Dann wird in Schritt a20 die R0-Flagge
R0Flg auf 1 gesetzt und danach setzt sich die Kontrollsequenz
mit Schritt a16 fort.
Nun wird bei Schritt a16 der Wert RR (= (R1+R2)/2) der Ermü
dungsdaten aus dem Wert R1, gespeichert seit dem vorangehenden
Steuerzyklus, und aus dem Wert R0, gesetzt bei dem oben be
schriebenen Schritt a18, berechnet.
Es wird dann wie in der Verarbeitung im vorangehenden Kon
trollzyklus der Ermüdungsbestimmungswert Hiro01 als eine Dif
ferenz (=RR-T0) aus den Ermüdungsdaten RR und dem Referenzwert
T0 in Schritt a17 berechnet.
In dieser Art wird der Ermüdungsbestimmungswert Hiro01 immer
nach der Mittelwertbildung aus den letzten Datenwerten R1 und
R0 als letzter und stetiger Datenwert berechnet.
Indem eine Anpassung auf diese Ermüdungsbestimmungswerte Hiro01
angewendet wird, wenn der Ermüdungsbestimmungswert Hiro01 einen
vorbestimmten Wert überschreitet, wie in Fig. 2 dargestellt,
wird festgestellt, daß sich der Fahrer in einem ermüdeten Zu
stand befindet und die Anpassung wird in Abhängigkeit vom Er
müdungsbestimmungswert Hiro01 (dem Ermüdungsgrad des Fahrers)
gesteigert. Der angestrebte Unterstützungsanteil wird so fest
gelegt, daß der Unterstützungserniedrigungskontrollanteil auf S
(klein/small) gesetzt wird, d. h., der Lenkunterstützungs
anteil steigt in Abhängigkeit von der Anpassung an. Folglich
wird die Lenkkraft reduziert und der Fahrer kann leicht lenken,
wenn er sich in einem ermüdeten Zustand befindet.
Wenn die laterale Beschleunigung Gy auf einen bestimmten Level
ansteigt, nimmt die Anpassung, bei welcher der Unterstützungs
verringerungskontrollanteil auf S (small) gesetzt ist, mit zu
nehmender lateraler Beschleunigung Gy ab. Demzufolge wird bei
spielsweise ein Anstieg des Lenkunterstützungsanteils unter
drückt, wenn der Lenkwinkel groß ist und die laterale Be
schleunigung hoch ist. Folglich kann eine instabile Lenkbetä
tigung verhindert werden, und eine Verringerung der Betäti
gungskraft kann unter Beibehaltung von Lenkinformation reali
siert werden, wenn der Fahrer sich in einem ermüdeten Zustand
befindet.
Wenn z. B. der Ermüdungsbestimmungswert Hiro01 10 ist und die
laterale Beschleunigung Gy 0.5 g beträgt, wie in Fig. 4 darge
stellt, sind die Anpassungen von diesen jeweils 1 und 0.5, wie
in Fig. 5 dargestellt. Hier wird dann die niedrigere der Anpas
sungen, dies ist 0.5, angewendet, so daß der Unterstützungs
verringerungskontrollanteil S (klein/small) ist. Dann wird die
gewählte Anpassung mit einem anderen angestrebten Unterstüt
zungsanteil, der unter verschiedenen Eingangsbedingungen be
stimmt wurde, unter Verwendung der Methode des elastischen
Zentrierens oder einer anderen passenden Methode gemischt, um
einen Endwert des angestrebten Unterstützungsanteils festzule
gen.
Es ist anzumerken, daß die elektronisch gesteuerte Servolenkung
des vorangehend beschriebenen Fuzzy-Kontroll-Typs bei
heckgetriebenen Fahrzeugen eingesetzt werden kann, es ist aber
insbesondere sehr effektiv, wenn die Servolenkung bei frontge
triebenen Fahrzeugen eingesetzt wird, bei welchen es relativ
schwierig ist, die gewünschte Lenkkraftcharakteristik zu er
halten.
Weiterhin ist anzumerken, daß das Steuersystem der vorliegenden
Servolenkung nicht nur bei einer hydraulischen Servolenkung
sondern auch bei einer elektrisch betriebenen Servolenkung
eingesetzt werden kann.
Claims (30)
1. Elektronisch gesteuerte Servolenkung mit Mitteln (30B)
zur Festlegung eines angestrebten Unterstützungsanteils
zur Steuerung eines Lenkunterstützungsanteils des Fahr
zeugs in Abhängigkeit des angestrebten Unterstützungs
anteils, festgelegt durch die genannten Mittel, mit Er
müdungsbestimmungswertberechnungsmitteln (30C) zur Be
rechnung eines Bestimmungswertes des Ermüdungsgrades
des Lenkbedieners des Fahrzeugs und mit Mitteln, um die
Mittel zur Festlegung des angestrebten Unterstützungs
anteils mit dem Bestimmungswert des Ermüdungsgrades zur
Festlegung des angestrebten Unterstützungsanteils unter
Verwendung des Bestimmungswertes des Ermüdungsgrades zu
versehen.
2. Servolenkung nach Anspruch 1, mit Lenkwinkelerfas
sungsmitteln (34) zur Erfassung eines Lenkwinkels, wo
bei die Mittel (30C) zur Festlegung des Bestimmungswer
tes des Ermüdungsgrades diesen auf der Basis einer Hy
sterese der Lenkwinkelgeschwindigkeit bei einem Lenk
winkel, gemessen durch die Lenkwinkelerfassungsmittel
(34), bestimmen.
3. Servolenkung nach Anspruch 2, wobei die Ermüdungsbe
stimmungswertberechnungsmittel (30C) Mittel zur Berech
nung eines Referenzwertes durch Mittelung von Werten
der Lenkwinkelgeschwindigkeit bei einem Lenkwinkel für
eine vorbestimmte Anzahl von Lenkoperationen in einem
anfänglichen Fahrstadium des Fahrzeugs, Mittel zur Be
rechnung eines zusätzlichen Wertes durch Mittelung von
Werten der Lenkwinkelgeschwindigkeit bei dem Lenkwinkel
für die vorbestimmte Anzahl von Lenkoperationen in
einer nachfolgenden Fahrzeit und Mittel zur Berechnung
von Ermüdungsdaten durch Mittelung des Referenzwertes
mit dem zusätzlichen Wert aufweisen.
4. Servolenkung nach Anspruch 3, wobei die Ermüdungsbe
stimmungswertberechnungsmittel (30C) Mittel zur Berech
nung des Ermüdungsgrades durch Subtraktion der Ermü
dungsdaten vom Referenzwert aufweisen.
5. Servolenkung nach Anspruch 3, mit Mitteln zur Berech
nung des Referenzwertes jeweils wenn die Zündung des
Fahrzeugs eingeschaltet wird.
6. Servolenkung nach Anspruch 3, mit Fahrzeuggeschwindig
keitserfassungsmitteln (31) zur Erfassung der Fahrzeug
geschwindigkeit, wobei der Referenzwert durch Sammeln
von Werten von der Lenkwinkelgeschwindigkeit bei einem
Lenkwinkel für eine vorbestimmte Anzahl von Lenkopera
tionen nur dann berechnet wird, wenn die Fahrzeugge
schwindigkeit gleich oder höher als ein vorbestimmter
Wert ist und der Absolutwert des Lenkwinkels gleich
oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
7. Servolenkung nach Anspruch 3, mit Fahrzeuggeschwindig
keitserfassungsmitteln (31) zur Erfassung der Fahrzeug
geschwindigkeit, wobei die Ermüdungsdaten durch Sammeln
von Werten der Lenkwinkelgeschwindigkeit bei einem
Lenkwinkel für eine vorbestimmte Anzahl von Lenkopera
tionen nur dann berechnet werden, wenn die Fahrzeugge
schwindigkeit gleich oder höher als ein vorbestimmter
Wert ist und der Absolutwert des Lenkwinkels gleich
oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
8. Servolenkung nach Anspruch 1, wobei die Sollwertunter
stützungsanteilfestlegungsmittel (30B) Mittel zur Fest
legung des angestrebten Unterstützungsanteils durch Ad
dition einer anderen Eingabe zum Bestimmungswert des
Ermüdungszustandes berechnet, durch die Ermüdungsbe
stimmungswertberechnungsmittel (30C), aufweisen.
9. Servolenkung nach Anspruch 8, wobei die Sollwertunter
stützungsanteilfestlegungsmittel (30B) Mittel zur Fest
legung des angestrebten Unterstützungsanteils unter Be
nutzung von wenigstens einer Größe, wie Fahrzeugge
schwindigkeit, laterale Beschleunigung oder Lenkwinkel,
als andere Eingabe aufweisen.
10. Elektronisch gesteuerte Servolenkung mit Sollwertun
terstützungsanteilfestlegungsmitteln (30B) zur Festle
gung eines angestrebten Unterstützungsanteils und zur
Steuerung eines Lenkunterstützungsanteils eines Fahr
zeugs in Abhängigkeit vom angestrebten Unterstützungs
anteil, mit Ermüdungsbestimmungswertberechnungsmitteln
(30C) zur Berechnung eines Bestimmungswertes des Ermü
dungsgrades eines Lenkbedieners eines Fahrzeugs und mit
Mitteln zur Weiterleitung des Bestimmungswertes des
Ermüdungsgrades zu den Sollwertunterstützungsan
teilfestlegungsmitteln (30B), wobei diese Mittel zur
Festlegung des angestrebten Unterstützungsanteils in
Übereinstimmung mit einer Fuzzy-Logik unter Benutzung
des Bestimmungswertes des Ermüdungsgrades als Eingangs
wert aufweisen.
11. Servolenkung nach Anspruch 10, wobei die Sollwertun
terstützungsanteilfestlegungsmittel (30B) den ange
strebten Unterstützungsanteil unter Benutzung einer
mitgliedschaftlichen Funktion zur Bewertung des Be
stimmungswertes des Ermüdungsgrades aufweisen, wobei
der angestrebte Unterstützungsanteil in Abhängigkeit
vom Betrag des Bestimmungswertes des Ermüdungsgrades
erhöht oder erniedrigt werden kann.
12. Servolenkung nach Anspruch 11, wobei die Sollwertun
terstützungsanteilfestlegungsmittel (30B) den ange
strebten Unterstützungsanteil unter Benutzung einer
mitgliedschaftlichen Funktion festlegen, mit welcher
der angestrebte Unterstützungsanteil von einer Anpas
sung, berechnet für den Bestimmungswert des Ermüdungs
grades, festgelegt wird, wobei der angestrebte Unter
stützungsanteil mit steigender Anpassung des Bestim
mungswertes des Ermüdungsgrades ansteigt.
13. Servolenkung nach Anspruch 12, wobei die Anpassung in
einem Bereich, in dem der Bestimmungswert des Ermü
dungsgrades niedriger als ein vorbestimmter Wert ist,
auf 0 gesetzt wird, wodurch der angestrebte Unterstüt
zungsanteil nicht durch den Betrag des Bestimmungswer
tes des Ermüdungsgrades beeinflußt wird.
14. Servolenkung nach Anspruch 12, wobei die Anpassung des
Bestimmungswertes des Ermüdungsgrades so festgelegt
ist, daß in einem Bereich, in dem der Bestimmungswert
des Ermüdungsgrades gleich oder größer als ein erster
vorbestimmter Wert ist, der angestrebte Unterstüt
zungsanteil mit zunehmender Anpassung des Bestimmungs
wertes ansteigt, daß aber in einem anderen Bereich, in
dem der Bestimmungswert des Ermüdungsgrades gleich oder
größer als ein zweiter vorbestimmter Wert ist, der grö
ßer als der erste vorbestimmte Wert ist, die Anpassung
des Bestimmungswertes des Ermüdungsgrades unabhängig
von einem Anstieg des Bestimmungswertes des Ermüdungs
grades konstant gehalten wird.
15. Servolenkung nach Anspruch 10, wobei die Sollwertun
terstützungsanteilfestlegungsmittel (30B) Mittel zur
Festlegung des angestrebten Unterstützungsanteils durch
Addition einer anderen Eingabe zum Bestimmungswert des
Ermüdungsgrades aufweisen.
16. Servolenkung nach Anspruch 15, wobei die Sollwertun
terstützungsanteilfestlegungsmittel (30B) Mittel zur
Festlegung des angestrebten Unterstützungsanteils unter
Benutzung von wenigstens einer Größe, wie Fahr
zeuggeschwindigkeit, laterale Beschleunigung oder
Lenkwinkel, als andere Eingabe aufweisen.
17. Verfahren für ein Fahrzeug mit Mitteln zum Lenken und
einer Servolenkung zur Erzeugung einer Lenkkraftunter
stützung, wobei der Lenkkraftunterstützungsanteil ba
sierend auf einem Faktor, der die Ermüdung des Fahrers
repräsentiert und auf der Grundlage von fahrerinduzier
ten Bewegungen von Lenkmitteln des Fahrzeugs berechnet
wird, variiert wird.
18. Verfahren für ein Fahrzeug mit Mitteln zum Lenken und
einer Servolenkung zur Erzeugung einer Lenkkraftunter
stützung, wobei der Kraftunterstützungsanteil basierend
auf einer Berechnung der Ermüdung des Fahrers variiert,
wobei während einer ersten Zeit des Fahrens fahrerindu
zierte Bewegungen der Lenkmittel bewertet werden, wäh
rend einer folgenden zweiten Zeit des Fahrens fahrerin
duzierte Bewegungen der Lenkmittel bewertet werden, ein
Ermüdungsfaktor, der die Ermüdung des Fahrers repräsen
tiert, basierend auf einer oder mehrerer Differenzen in
den fahrerinduzierten Bewegungen von der ersten Zeit
zur zweiten Zeit berechnet wird und der Kraftunterstüt
zungsanteil basierend auf dem Ermüdungsfaktor variiert
wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Lenkwinkel des
Fahrzeugs und die Lenkwinkelgeschwindigkeit bei dem
Winkel zu der genannten ersten Zeit erfaßt werden, um
einen ersten Wert zu erhalten, wobei der Lenkwinkel des
Fahrzeugs und die Lenkwinkelgeschwindigkeit bei dem
Winkel zu der genannten zweiten Zeit erfaßt werden, um
einen zweiten Wert zu erhalten, und wobei die ersten
und zweiten Werte gemittelt werden, um einen Ermüdungs
datenwert zu erhalten.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die genannte erste
Zeit eine Zeit ist, die dem Einschalten des Fahrzeugs
folgt, und der genannte erste Wert ein Referenzwert
ist.
21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Referenzwert von
dem genannten Ermüdungsdatenwert subtrahiert wird, um
den genannten Ermüdungsfaktor zu erhalten.
22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Lenkwinkel des
Fahrzeugs und die Lenkwinkelgeschwindigkeit bei dem
Winkel zu einer dritten Zeit erfaßt werden, um einen
dritten Wert zu erhalten, wobei die genannten zweiten
und dritten Werte gemittelt werden, um einen weiteren
Ermüdungsdatenwert zu erhalten, wobei der Referenzwert
vom weiteren Ermüdungsdatenwert subtrahiert wird, um
einen weiteren Ermüdungsfaktor zu erhalten, und wobei
der Unterstützungsanteil basierend auf dem weiteren Er
müdungsfaktor variiert wird.
23. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Erfassen des
Lenkwinkels des Fahrzeugs und der Lenkwinkelgeschwin
digkeit zu der genannten ersten und zweiten Zeit je
weils ein mehrmaliges Sammeln des Winkel und der Win
kelgeschwindigkeit und jedes Mal ein Mitteln umfaßt, so
daß die genannten ersten und zweiten Werte jeweils be
stimmt werden.
24. Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Erfassen des
Lenkwinkels des Fahrzeugs und der Lenkwinkelgeschwin
digkeit zu der genannten dritten Zeit ein mehrmaliges
Sammeln des Winkel und der Winkelgeschwindigkeit und
ein Mitteln umfaßt, so daß der genannte dritte Werte
bestimmt wird.
25. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die genannte Bewer
tung nur durchgeführt wird, wenn die Fahrzeuggeschwin
digkeit gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert
ist.
26. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die genannte Bewer
tung nur durchgeführt wird, wenn die genannten Bewe
gungen gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert
sind.
27. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das genannte Erfassen
nur durchgeführt wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
28. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das genannte Erfassen
nur durchgeführt wird, wenn der Lenkwinkel gleich oder
größer als ein vorbestimmter Wert ist.
29. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Kraftunterstüt
zungsfaktor mit zunehmendem Ermüdungsfaktor vergrößert
wird.
30. Verfahren nach Anspruch 29, wobei der Kraftunterstüt
zungsfaktor unabhängig von einem Anstieg des Ermüdungs
faktors konstant gehalten wird, nachdem der Ermüdungs
faktor einen vorbestimmten Wert erreicht hat.
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