DE4410361A1 - System zur Stabilisierung des Fahrverhaltens nicht schienengebundener Fahrzeuge - Google Patents
System zur Stabilisierung des Fahrverhaltens nicht schienengebundener FahrzeugeInfo
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Description
Das Geradeauslaufverhalten selbst teurer Automobile ist oft
schlecht. Insbesondere bei mittleren Fahrgeschwindigkeiten
können auch kleine, von außen kommende Störungen, lästige und
fahrsicherheitskritische Drehbewegungen um die Fahrzeughochachse
(Gierbewegungen) verursachen. Bei hohen Fahrgeschwindigkeiten
sind beispielsweise seitlich angreifende Windböen gefährlich.
Bei Kurvenfahrt verhalten sich viele Fahrzeugtypen ordentlich,
wenn das Steuerungsverhalten der Auslegung gemäß ist, z. B. neu
tral. Bekanntlich gibt es aber viele Gründe für ein im prakti
schen Fahrbetrieb abweichendes Lenkverhalten, nämlich über
steuerndes oder untersteuerndes Verhalten. Ein einfacher Grund
hierfür ist beispielsweise eine unterschiedliche Beladung des
Fahrzeugs, die zu einer veränderten Achslastverteilung führt und
damit zu einem anderen Steuerungsverhalten.
In der DE-OS 40 31 316 wird eine motorbetriebene Servolenkung
beschrieben, die zusätzlich zu dem vom Fahrer induzierten Lenk
anteil mit einem weiteren Lenkanteil beaufschlagt wird, um die
Bewegung des Fahrzeugs, insbesondere die des Fahrzeugaufbaus
derart zu beeinflussen, daß die Fahrsicherheit und/oder der
Fahrkomfort verbessert wird.
In der GB 1,414,206 wird ein Servolenksystem vorgestellt, bei
dem die Lenkkraft des Fahrers durch ein hydraulisches System un
terstützt wird, und bei dem die Lenkradwinkelgeschwindigkeit des
vom Fahrer betätigten Lenkrades mit einer Winkelgeschwindigkeit
eines Elektromotors überlagert wird. Der Elektromotor wird dabei
durch ein Hilfssystem gesteuert, das Fahrzeugbewegungen wie
Seitenkräfte, die durch Seitenwind verursacht werden, sensiert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Fahrstabilität
durch einen geregelten, überlagerten Eingriff an der Lenkung zu
verbessern. Der Aufwand hierbei, insbesondere durch die Regler
software, soll aber in verträglichen Grenzen bleiben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination der Ansprüche
1, 13 und 16 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen System zur Stabilisierung des Fahrver
haltens nicht schienengebundener Fahrzeuge wird wenigstens ein
Aktuator zur Betätigung wenigstens einer lenkbar ausgelegten
Fahrzeugachse angesteuert. Hierzu wird zur Beaufschlagung des
Aktuators wenigstens eine vom aktuellen Fahrzustand des Fahr
zeugs abhängige Lenkgröße ermittelt, die abhängig ist von wenig
stens einer den Gierwinkel, die Gierwinkelgeschwindigkeit und
die Gierwinkelbeschleunigung repräsentierenden Größe.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorge
sehen, daß die vom aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs abhängige
Lenkgröße weiterhin abhängig ist von Größen, die den Einschlag
winkel eines von dem Fahrer des Fahrzeugs betätigten Lenkrades
und die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit repräsentieren.
Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die vom aktuellen Fahrzu
stand des Fahrzeugs abhängige Lenkgröße abhängig ist von Größen,
die die Einschlagwinkelgeschwindigkeit und/oder die Einschlag
winkelbeschleunigung eines von dem Fahrer des Fahrzeugs betätig
ten Lenkrades repräsentieren.
Die die Gierbewegungen und/oder die Lenkradbewegungen repräsen
tierenden Größen können gemessen oder aus Messungen errechnet
werden. Vorteilhafterweise wird bzw. werden zur Ermittlung der
die Gierbewegungen und/oder die Lenkradbewegungen repräsentie
renden Größen der Lenkradwinkel und/oder der Gierwinkel und/oder
die Gierwinkelgeschwindigkeit und/oder die Gierwinkelbeschleuni
gung gemessen.
In vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen,
daß die die Gierbewegungen und/oder die Lenkradbewegungen reprä
sentierenden Größen zur Ermittlung der vom aktuellen Fahrzustand
des Fahrzeugs abhängigen Lenkgröße gewichtet und additiv ver
knüpft werden.
Durch die Wahl der Wichtung der Größe, die den Einschlagwinkel
des von dem Fahrer des Fahrzeugs betätigten Lenkrades repräsen
tiert, wird das Lenkverhalten (neutral, übersteuernd, unter
steuernd) des Fahrzeugs erfindungsgemäß beeinflußt. Die Wichtung
der Größe, die den Einschlagwinkel des von dem Fahrer des Fahr
zeugs betätigten Lenkrades repräsentiert, kann dabei fest vorge
geben sein oder abhängig von den Fahrzustand repräsentierenden
und/oder beeinflussenden Größen gewählt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der
zur Betätigung wenigstens einer lenkbar ausgelegten Fahrzeug
achse vorgesehene Aktuator mit der vom aktuellen Fahrzustand des
Fahrzeugs abhängigen Lenkgröße beaufschlagt wird. Hierbei kann
die vordere Fahrzeugachse und/oder die hintere Fahrzeugachse
lenkbar ausgelegt sein.
Besonders vorteilhaft ist es, daß der vom aktuellen Fahrzustand
des Fahrzeugs abhängigen Lenkgröße eine den Fahrerwunsch hin
sichtlich der Fahrtrichtung des Fahrzeugs repräsentierende Lenk
größe überlagert wird. Hierbei kann zur Bildung der den Fahrer
wunsch hinsichtlich der Fahrtrichtung des Fahrzeugs repräsen
tierenden Lenkgröße das von dem Fahrer des Fahrzeugs am Lenkrad
des Fahrzeugs aufgebrachte Drehmoment durch eine Servounter
stützung verstärkt werden.
Das erfindungsgemäße System hat dabei folgende Vorteile:
- - Verbesserung des Geradeauslaufs durch Ausregelung beliebiger äußerer Störungen,
- - Verstetigung der Kurvenfahrt durch Ausregelung beliebiger äu ßerer Störungen,
- - Stabilisierung der Kurvenfahrt durch Annäherung des tatsäch lichen Steuerungsverhaltens an das auslegungsgemäße Steuerungs verhalten, nach Einwirkung beliebiger äußerer Störungen.
Dabei ist das erfindungsgemäße System, gemessen an der komplexen
Aufgabenstellung, relativ einfach ausgelegt.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Servolenksystem mit wenig
stens einem Aktuator zur Betätigung wenigstens einer lenkbar
ausgelegten Fahrzeugachse. Hierbei wird die von dem Fahrer des
Fahrzeugs am Lenkrad des Fahrzeugs aufgebrachte Lenkkraft durch
eine Servounterstützung wählbar verstärkt. Die Verstärkung wird
dabei erfindungsgemäß in Abhängigkeit von wenigstens einer vom
aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs abhängigen Lenkgröße ge
wählt, wobei diese Lenkgröße abhängig ist von wenigsten einer
den Gierwinkel, die Gierwinkelgeschwindigkeit und/oder die Gier
winkelbeschleunigung repräsentierenden Größe.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Servolenksystems ist vorgesehen, daß die vom aktuellen Fahrzu
stand des Fahrzeugs abhängige Lenkgröße weiterhin abhängig ist
von Größen, die den Einschlagwinkel eines von dem Fahrer des
Fahrzeugs betätigten Lenkrades und die Fahrzeuglängsgeschwindig
keit, die Einschlagwinkelgeschwindigkeit und/oder die Einschlag
winkelbeschleuigung des Lenkrades repräsentieren.
Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß dem Fahrer des Fahr
zeugs durch eine solche Servolenkung eine verbesserte Über
mittlung des Straßenkontakts ermöglicht wird. Dies wirkt sich
selbstverständlich auch auf die Stabilisierung des Fahrverhal
tens positiv aus.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine hydrau
lische Lenkvorrichtung zur Ansteuerung im Rahmen des erfindungs
gemäßen Lenksystems mit einer hydraulischen Servounterstützung,
die das vom Fahrer des Fahrzeugs am Lenkrad des Fahrzeugs aufge
brachte Drehmoment verstärkt. Hierbei wird zur Unterstützung des
vom Fahrer aufgebrachten Lenkradmoments in einem Arbeitszylinder
ein mit der Zahnstange des Fahrzeugs verbundener erster Arbeits
kolben mit Druckmittel beaufschlagt. Hierbei ist die Zahnstange
mit der Spurstange zur Betätigung der lenkbar ausgelegten
Vorderachse wirkverbunden. Der Kern der erfindungsgemäßen
hydraulischen Lenkvorrichtung besteht darin, daß innerhalb des
ersten Arbeitskolbens ein mit der Spurstange wirkverbundener
zweiter Arbeitskolben angeordnet ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den
Unteransprüchen und den im folgenden zu beschreibenden Aus
führungsbeispielen zu entnehmen.
Anhand der Fig. 1, 2 und 3 wird die Erfindung anhand von Aus
führungsbeispielen beschrieben. Die Fig. 1 und 2 zeigen dabei
Blockschaltbilder von Ausführungsbeispielen der Erfindung,
während die Fig. 2 eine Schemaskizze der geregelten erfindungs
gemäßen Lenkung liefert.
Anhand von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung detailliert
dargestellt werden.
Mit einem geeigneten Geber (105 in der Fig. 1, 208 in der Fig. 2
bzw. 305 in der Fig. 3) wird die Drehbewegung alpha(t) des
Fahrzeugs (103) um seine Hochachse gemessen. Der Drehwinkel
alpha(t) um eine fahrzeugfeste Hochachse ist auch als Gierwinkel
bekannt. Selbstverständlich können auch Geber für alpha′(t) oder
alpha′′(t) verwendet werden; alpha(t) wird dann aus diesen Meß
werten berechnet. Der hochgestellte Index "′" hinter einer
Größe soll im folgenden die zeitlich einmal differenzierte Größe
repräsentieren. Ist beispielsweise mit alpha der Gierwinkel be
zeichnet, so soll die Größe alpha′ die Gierwinkelgeschwindigkeit
und alpha′′ die Gierwinkelbeschleunigung repräsentieren. Über
einen noch näher zu beschreibenden mathematisch funktionalen Zu
sammenhang wird ein schneller Steller angesteuert, der an der
Lenkung den Weg x(t) überlagert. Zur Realisierung dieses schnel
len Stellers wird, wie in der Fig. 2 zu sehen ist, der Arbeits
kolben 202 mit Druckmittel beaufschlagt, wodurch entsprechende
Bewegungen der Spurstange 209 ermöglicht werden.
Im folgenden sollen nun zunächst verschiedene Fahrzustände dar
gestellt werden.
Es werden die Fälle A, B und C unterschieden, wobei in allen
Fällen zunächst lediglich von Interesse ist, ob, wie und warum
der Winkel alpha mit der fortlaufenden Zeit t sich ändert, das
heißt, ob alpha′(t) gleich Null ist, oder ob alpha′(t) ungleich
Null ist, nämlich ob alpha′ (t) größer als Null oder alpha′(t)
kleiner als Null ist.
Die Größe ro bezeichnet dabei den Einschlagwinkel des vom Fahrer
betätigten Lenkrades 206. Diese Größe kann durch einen ge
eigneten Geber 210 sensiert werden.
Der Fahrer hält das Lenkrad 206 fest in einer Stellung ro, die
etwa Null entspricht. Diese Stellung soll Geradeausfahrt erge
ben, entsprechend der Absicht des Fahrers. Beim Auftreten einer
äußeren Störung (Abrollstörung, Straßenneigung, Seitenwind usw.)
ergibt sich dann ein Wert alphaA′(t) ungleich Null, nämlich
alphaA′ größer als Null (Fahrzeug im Gegenuhrzeigersinn drehend)
oder alphaA′ kleiner als Null (Fahrzeug im Uhrzeigersinn
drehend).
Der Fahrer hält das Lenkrad 206 in seiner Stellung ro ungleich
Null fest. Diese Stellung soll eine Kurvenfahrt mit konstantem
Radius ergeben, entsprechend der Absicht des Fahrers. Es tritt
dann, allein als Folge der Kurvenfahrt, ein Wert alphaB′(t) un
gleich Null auf, nämlich alphaB′ größer als Null oder alphaB′
kleiner als Null, der einem aus etwaiger äußerer Störung sich
ergebenden Wert alphaA′ überlagert ist.
Der Fahrer dreht das Lenkrad [ro′ ungleich Null], um eine Fahrt
richtungsänderung aus augenblicklicher Geradeausfahrt oder
Kurvenfahrt herbeizuführen. Es sei dann alphaC′ (t) ungleich
Null, nämlich alphaC′ größer als Null oder alphaC′ kleiner als
Null. Der Wert alphaC′ (t) ist einem aus äußerer Störung sich er
gebenden Wert alphaA′ überlagert.
Gemäß dieser Definition von alphaC′ (t) wird im Vergleich zum
Fall B ein zu erwartender Einfluß schon voreilend bewertet,
nämlich abhängig von der Lenkraddrehgeschwindigkeit ro′. Es wird
also nicht abgewartet, bis der beschriebene Lenkvorgang sich in
alphaB′ (t) ausgewirkt hat.
Ein noch "schnellerer Vorgriff" wird eingeführt durch den Wert
alphaC2′ (t) ungleich Null, der von der Lenkraddrehbeschleunigung
ro′′ abhängig gemacht wird.
Ausgehend von alphaA′(t) wird für den Lenkeinschlag phi am Rad,
bzw. für den Stellerweg x, ein Regeleingriff wie folgt ausge
führt:
xA(t) = CA *alphaA(t) + CA1 *alphaA′(t) + CA2 *alphaA
′′(t) (1)
- xA(t) ist der Reglerausgang (Weg).
- CA1 ist eine auslegungsgemäße Konstante (definitionsgemäß po sitiv)
- CA, CA2 sind auslegungsgemäße Konstanten, deren Einfluß geringer ist als der von CA1.
- alphaA(t), alphaA′(t), alphaA′′(t) sind Reglereingangsgrößen.
- CA1 ist eine auslegungsgemäße Konstante (definitionsgemäß po sitiv)
- CA, CA2 sind auslegungsgemäße Konstanten, deren Einfluß geringer ist als der von CA1.
- alphaA(t), alphaA′(t), alphaA′′(t) sind Reglereingangsgrößen.
Sie sind gemessen beziehungsweise aus einer Messung errechnet.
Zur Zählweise der Zeit t wird noch Ergänzendes gesagt werden.
Ausgehend von der Gleichung (1) und von der in der Fig. 2 ge
zeigten Schemaskizze zeigt sich folgender Zusammenhang:
Bei einer äußeren Störung, die das Fahrzeug im Gegenuhrzeiger sinn gegenüber seiner Umgebung dreht, tritt ein Wert alphaA′ (t) größer als Null auf, wodurch bei festgehaltenem Lenkrad ein Wert x(t) größer als Null sich ergibt [Gleichung (1)]. Dies bewirkt eine Vergrößerung des Lenkeinschlags phi. Dadurch dreht sich das Fahrzeug, zur Korrektur der äußeren Störung, im Uhrzeigersinn zurück.
Bei einer äußeren Störung, die das Fahrzeug im Gegenuhrzeiger sinn gegenüber seiner Umgebung dreht, tritt ein Wert alphaA′ (t) größer als Null auf, wodurch bei festgehaltenem Lenkrad ein Wert x(t) größer als Null sich ergibt [Gleichung (1)]. Dies bewirkt eine Vergrößerung des Lenkeinschlags phi. Dadurch dreht sich das Fahrzeug, zur Korrektur der äußeren Störung, im Uhrzeigersinn zurück.
Es wird davon ausgegangen, daß ein solcher Vorgang im allge
meinen nach einer maximalen Zeit T im wesentlichen abgeschlossen
ist (z. B. T = 0,5 Sekunden). Der Regler kann so ausgeführt
werden, daß er den jeweils nach T Sekunden gemessenen alpha-Wert
als neuen Nullwert für alpha (nämlich alpha₀; siehe Fig. 2) de
finiert, und diesen dann für die nachfolgende Periode T fest
hält. Die günstigste Periodenlänge T muß durch Anpassungsver
suche bestimmt werden. Möglicherweise ist es zweckmäßig, die
auslegungsgemäße Periodenlänge T von der Fahrzeuggeschwindigkeit
V abhängig zu machen, z. B. T = T₀-[const*(V/Vmax)]. Das Nach
führen des Nullpunktes ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn
in der Gleichung (1) der Winkelanteil [CA *alphaA(t)] groß ist,
im Vergleich zu den Anteilen [CA1 *alphaA′(t)] bzw.
[CA2 *alphaA′′(t)]. Diese Periodenbetrachtung geht natürlich
davon aus, daß der Winkel alpha gegenüber der Fahrzeugumgebung,
im Sinne der gewünschten Fortbewegung letztlich doch ständiger
Änderung unterworfen ist, das heißt, daß der Nullpunkt alpha₀
für x(t), nach einem vorgegebenen Zeitverhalten nachgeführt
werden muß. Dieses Nachführen muß nicht notwendigerweise in
Stufenschritten erfolgen, wie bislang beschrieben, sondern kann
auch zweckmäßigerweise "fließend", weil vergleichs
weise "langsam", erfolgen (siehe auch Beispiele aus der allge
meinen Regeltechnik).
Damit ist der Fall A zunächst ausreichend beschrieben.
Die Größe alphaB′(t) ist im vorhergehenden Abschnitt beschrieben
worden. Es wird nun folgender Ausdruck definiert und auslegungs
gemäß festgesetzt:
alphaB′(t) = -CB *V*ro(t) (2)
- alphaB(t) ist die rechnerische Drehwinkelgeschwindigkeit des
Fahrzeuges, unter Verwendung dieses vereinfachenden Ansatzes.
- ro(t) ist der gemessene Lenkradeinschlagwinkel in bezug auf die Geradeausstellung des Lenkrades. Zur Wahl des Vorzeichens sei auf die Fig. 2 verwiesen.
- CB ist eine auslegungsgemäße Konstante, die definitionsgemäß größer als Null ist. Verfeinerungen sind denkbar, indem CB als Funktion von Parametern gebildet wird, also nicht mehr konstant ist.
- V ist die augenblickliche Fahrzeuglängsgeschwindigkeit. Bei großer Fahrgeschwindigkeit ergibt sich während der Periode T ein größerer Wert alphaB′ als bei kleinerer Fahrgeschwindigkeit.
- ro(t) ist der gemessene Lenkradeinschlagwinkel in bezug auf die Geradeausstellung des Lenkrades. Zur Wahl des Vorzeichens sei auf die Fig. 2 verwiesen.
- CB ist eine auslegungsgemäße Konstante, die definitionsgemäß größer als Null ist. Verfeinerungen sind denkbar, indem CB als Funktion von Parametern gebildet wird, also nicht mehr konstant ist.
- V ist die augenblickliche Fahrzeuglängsgeschwindigkeit. Bei großer Fahrgeschwindigkeit ergibt sich während der Periode T ein größerer Wert alphaB′ als bei kleinerer Fahrgeschwindigkeit.
Der Ansatz nach Gleichung (2) wird zur Korrektur der gemessenen
Winkelgeschwindigkeit alphaG,A,B′(t) verwendet. (Der Index "G"
besagt, daß es sich um einen gemessenen Wert handelt.)
Es ist definitionsgemäß:
alphaG,A,B′(t) = alphaA′(t) + alphaB′(t),
wobei alphaG,A,B′(t) die gemessene Gierwinkelgeschwindigkeit,
alphaA′(t) der Anteil aus der äußeren Störung und alphaB′(t) der
aufzuschaltende Anteil gemäß Fall B ist.
Daraus ergibt sich:
alphaA′(t) = alphaG,A,B′(t) - alphaB′(t) (3)
mit Gleichung (2) in Gleichung (3) eingesetzt
alphaA′(t) = [alphaG,A,B′(t)] + [CB *V*ro(t)] (4)
und durch Integration bzw. Differentiation aus Gleichung (4):
wobei eine Integrationskonstante wie im Zusammenhang mit
Gleichung (1) erläutert weggelassen wird. Die Gleichungen (4),
(4a) und (4b) werden in Gleichung (1) eingesetzt, die dadurch in
eine erweiterte Reglergleichung (5) überführt wird. Die
Gleichung (5) deckt sowohl den Fall A als auch den Fall B ab:
xA,B(t) = CA *[alphaG,A,B(t) + CB *V*ro(t)*t]
+ CA1 *[alphaG,A,B′(t) + CB *V*ro(t)]
+ CA2 *alphaG,A,B′′(t) (5)
+ CA1 *[alphaG,A,B′(t) + CB *V*ro(t)]
+ CA2 *alphaG,A,B′′(t) (5)
Zur Probe erkennt man, daß die Gleichung (5) für ro(t) gleich
Null in die Gleichung (1) übergeht. Ferner ist, zur Probe, für
alphaA gleich Null in Gleichung (4) alphaG,A,B = -[CB *V*ro(t)],
sowie alphaA = 0 in Gleichung (4a) und alphaG,A,B = -[CB *V*ro*t]
und dieses eingesetzt in Gleichung (5):
0 = CA *[-CB *V*ro(t)+CB *V*ro(t)*t)
+ CA1[-CB *V*ro(t)+CB *V*ro(t)] + 0 q.e.d.
Das bedeutet, daß auch im Fall B, das heißt bei stationärer
Kurvenfahrt, lediglich die äußere Störung auf den Regler ein
wirkt. Die vom Fahrer gewollte Kurvenfahrt hat also im wesent
lichen keinen Einfluß auf den Regelvorgang. Dies entspricht in
etwa der Absicht des Regelkonzeptes.
Auf die Einschränkung "im wesentlichen" und "in etwa" wird in
der weiteren Beschreibung noch eingegangen.
Die Größe alphaC (t) ist schon zu Beginn dieses Ausführungsbei
spiels beschrieben worden. Es wird nun folgender Ausdruck defi
niert und auslegungsgemäß festgesetzt:
alphaC′(t) = -V*[CC1 *ro′(t) + CC2 *ro′′(t)] (6)
- alphaC′(t) ist die rechnerische Drehwinkelgeschwindigkeit des
Fahrzeuges, unter Verwendung dieses vereinfachenden Ansatzes,
soweit er im Zusammenhang mit ro′(t) und ro′′(t) steht (siehe
hierzu die vorstehenden Ausführungen zu dem Fall C).
- ro′(t) ist die aus einer Messung ermittelte Drehgeschwindigkeit des Lenkrades.
- ro′′(t) ist die aus einer Messung ermittelte Drehbeschleunigung des Lenkrades.
- CC1 und CC2 sind auslegungsgemäße Faktoren, in der Regel Kon stante. Sie sind definitionsgemäß größer als Null.
- V ist die augenblickliche Fahrgeschwindigkeit [siehe auch Gleichung (2)].
- ro′(t) ist die aus einer Messung ermittelte Drehgeschwindigkeit des Lenkrades.
- ro′′(t) ist die aus einer Messung ermittelte Drehbeschleunigung des Lenkrades.
- CC1 und CC2 sind auslegungsgemäße Faktoren, in der Regel Kon stante. Sie sind definitionsgemäß größer als Null.
- V ist die augenblickliche Fahrgeschwindigkeit [siehe auch Gleichung (2)].
Der Ansatz nach Gleichung (6) wird zur Korrektur des gemessenen
Winkels alphaG(t) verwendet.
Es ist definitionsgemäß:
alphaG′(t) = alphaG,A,B′(t) + alphaC′(t),
wobei
- alphaG′(t) die gemessene Gierwinkelgeschwindigkeit
- alphaG,A,B′(t) der in der Gleichung (5) schon verarbeitete Winkelgeschwindigkeitsanteil und
- alphaC′(t) der zusätzlich aufzuschaltende Anteil gemäß Fall C ist.
- alphaG′(t) die gemessene Gierwinkelgeschwindigkeit
- alphaG,A,B′(t) der in der Gleichung (5) schon verarbeitete Winkelgeschwindigkeitsanteil und
- alphaC′(t) der zusätzlich aufzuschaltende Anteil gemäß Fall C ist.
Daraus ergibt sich:
alphaG,A,B(t) = alphaG′(t) - alphaC′(t) (7)
mit Gleichung (6) in Gleichung (7) eingesetzt
alphaG,A,B′(t) = alphaG′(t) + V[CC1 *ro′(t) + CC2 *ro′′(t)] (8)
und durch Integration bzw. Differentiation aus Gleichung (8):
alphaG,A,B(t) = alphaG(t) + V*[CC1 *ro(t) + CC2 *ro′(t)] (8a)
alphaG,A,B′′(t) = alphaG′′(t) + V*CC1 *ro′′(t) (8b),
wobei ro′′(t) hier vereinfachend als Konstante behandelt wird.
Die Gleichungen (8), (8a) und (8b) werden in die Gleichung (5)
eingesetzt, die dadurch in eine nochmals erweiterte Regler
gleichung (9) überführt wird:
dabei ist der Term CB *V*ro*t aus Gleichung (5) durch
ersetzt, da ro(t) jetzt nicht mehr als konstant betrachtet wird.
Daraus folgt die Reglergleichung:
In dieser Reglergleichung (9) sind alle angesprochenen Fälle,
nämlich A, B und C, abgedeckt, wobei bei richtiger Wahl der Kon
stanten im wesentlichen äußere Störungen ausgeregelt werden, das
heißt beabsichtigte Fahrzeugbewegungen eliminiert sind.
In den vorangehenden Abschnitten wurden schon einige Regleraus
wirkungen besprochen, wobei im Fall B (stationäre Kurvenfahrt)
darauf hingewiesen wurde, daß eine Neutralisierung des Reglers
durch die Korrektur CB *V*ro(t) nur "in etwa" beabsichtigt ist
und auch nur "im wesentlichen" erfolgt.
Für die folgende Betrachtung wird unterstellt, daß ein Fahrzeug
im Vergleich zu seiner neutralen Auslegung bei Kurvenfahrt über
steuert, z. B. infolge einer übermäßigen Hinterachsbelastung oder
eines hohen Antriebsmoments an der Hinterachse oder infolge
anderer Einflüsse. Hierzu sind sehr viele Möglichkeiten denkbar.
Im folgenden Beispiel soll es sich um eine Linkskurve handeln.
Der im gemessenen Wert +(alphaG) enthaltene Anteil +(alphaB) ist
dann größer als der durch die Korrektur CB *V*ro(t) abgezogene
Wert ("abgezogen" vor Reglereingang). Daraus folgt, daß der
Regler den verbleibenden positiven "alpha-Überschuß" als
"Störung von außen" verarbeitet und vorzeichenrichtig gegen
steuert [siehe Reglergleichung (9)]. Es handelt sich auch tat
sächlich um eine "äußere Störung", weil es eine störende Ab
weichung vom auslegungsgemäßen
Steuerungsverhalten ist. Durch den Regeleingriff verhält sich im
Beispiel das Fahrzeug wieder eher neutral. Die Größenordnung des
Effekts ist durch die Auslegung der Korrekturgröße CB *V*ro(t)
gestaltbar; verfeinernd können auch weitere Parameter in diesem
Ausdruck (in diesem Zusammenhang) Niederschlag finden.
Auch bei untersteuerndem Verhalten des gleichen Fahrzeugs bei
Kurvenfahrt, im Vergleich zu seiner neutralen Auslegung, z. B.
infolge eines Wasserfilmes bei beginnendem Aquaplaning, steuert
der Regler vorzeichenrichtig dagegen [siehe Reglergleichung
(9)], unter Annäherung an das auslegungsgemäße neutrale Verhal
ten.
Zusammenfassend läßt sich zur Reglerwirkung [Reglergleichung
(9)] folgendes sagen:
- 1. Verbesserung des Geradeauslaufs durch Ausregelung beliebiger äußerer Störungen,
- 2. Verstetigung der Kurvenfahrt durch Ausregelung beliebiger äu ßerer Störungen,
- 3. Stabilisierung der Kurvenfahrt durch Annäherung des tatsäch lichen Steuerungsverhaltens an das auslegungsgemäße Steue rungsverhalten, nach Einwirken beliebiger äußerer Störungen.
Gemessen an dieser komplexen Aufgabenstellung ist der Regler
einfach [siehe Reglergleichung (9)].
Eine mögliche hydraulische Ausgestaltung eines überlagerten
Lenkeingriffs nach Gleichung (1), (5) oder (9) ist der in der
Fig. 2 dargestellten Skizze zu entnehmen. Hierzu ist vorge
sehen, daß das vom Fahrer des Fahrzeugs am Lenkrad (206) des
Fahrzeugs aufgebrachte Lenkradmoment (ML) durch eine hydrauli
sche Servounterstützung verstärkt wird. Dabei wird zur Unter
stützung des vom Fahrer aufgebrachten Lenkradmoments (ML) in
einem Arbeitszylinder ein mit der Zahnstange des Fahrzeugs ver
bundener erster Arbeitskolben (201) mit Druckmittel beauf
schlagt, wobei die Zahnstange mit der Spurstange (209) zur Betä
tigung der lenkbar ausgelegten Vorderachse (203) wirkverbunden
ist.
Der Kern der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des überlagerten
Lenkeingriffs besteht nun darin, daß innerhalb des ersten
Arbeitskolbens (201) ein mit der Spurstange (209) wirkverbunde
ner zweiter Arbeitskolben (202) angeordnet ist.
Wie in der Schemaskizze der Fig. 2 zu sehen ist, ist der Lenk
anteil x(t) durch +/-(xmax) konstruktionsmäßig begrenzt. Wegen
dieses begrenzten Eingriffsweges [+/-(xmax)] sind also Sicher
heitsaufwendungen zum Schutz vor Fehlfunktionen begrenzt.
Neben der beschriebenen hydraulischen Ausgestaltung ist natürlich
auch ein elektromotorischer Servounterstützung und/oder eine
elektromotorisch induzierter überlagerter Lenkeingriff denkbar.
In der in der Fig. 2 gezeigten Schemaskizze ist eine Kombinati
on des durch die Gleichung (9) beschriebenen Reglers mit einer
die Lenkkraft des Fahrers unterstützenden Servolenkung ange
deutet. Diese Kombination ist zur erfindungsgemäßen Fahr
stabilisierung nicht erforderlich; sie hat aber den Vorteil, daß
durch die Servoverstärkung keine Rückwirkungen aus der Regler
funktion am Lenkrad spürbar sind.
Zur Vervollständigung werden die allgemeinen Beziehungen für
eine Servolenkung definiert, wobei kein Unterschied besteht, ob
ein Regler nach Gleichung (9) vorhanden ist oder nicht:
MR = PA *rC (10)
PA = [PR-PL] + [ML/ra] (11)
ML = [P₂-P₁]*rb (12)
- MR ist das Rückstellmoment der gelenkten Räder.
- PA ist die Spurstangenkraft.
- rC ist der Hebelarm.
- PR ist die nach rechts wirkende Servokraft.
- PL ist die nach links wirkende Servokraft.
- ML ist das Drehmoment am Lenkrad.
- ra ist der erste Hebelarm (siehe Schemaskizze Fig. 2).
- P₂ ist die vom Fahrer induzierte rechtsdrehende Kraft, das heißt die bei dem in der Fig. 2 skizzierten Lenkkraftgeber 207 von der "Gabel" auf die "Kurbel" rechtsdrehende Stützkraft.
- P₁ ist die vom Fahrer induzierte linksdrehende Kraft, das heißt die bei dem in der Fig. 2 skizzierten Lenkkraftgeber 207 von der "Gabel" auf die "Kurbel" linksdrehende Stützkraft.
- rb ist der zweite Hebelarm (siehe Schemaskizze Fig. 2).
- PA ist die Spurstangenkraft.
- rC ist der Hebelarm.
- PR ist die nach rechts wirkende Servokraft.
- PL ist die nach links wirkende Servokraft.
- ML ist das Drehmoment am Lenkrad.
- ra ist der erste Hebelarm (siehe Schemaskizze Fig. 2).
- P₂ ist die vom Fahrer induzierte rechtsdrehende Kraft, das heißt die bei dem in der Fig. 2 skizzierten Lenkkraftgeber 207 von der "Gabel" auf die "Kurbel" rechtsdrehende Stützkraft.
- P₁ ist die vom Fahrer induzierte linksdrehende Kraft, das heißt die bei dem in der Fig. 2 skizzierten Lenkkraftgeber 207 von der "Gabel" auf die "Kurbel" linksdrehende Stützkraft.
- rb ist der zweite Hebelarm (siehe Schemaskizze Fig. 2).
Die Servogleichung per Definition beziehungsweise per Steller
auslegung lautet:
(PR-PL)*ra = p*(P₂-P₁)*rb (13),
wobei
- p der auslegungsgemäße Verstärkungsfaktor der Servolenkung ist.
- p der auslegungsgemäße Verstärkungsfaktor der Servolenkung ist.
Je größer p ist, um so geringer ist die Rückwirkung der Reifen
momente auf das Lenkrad.
Aus der Gleichung (13) ergibt sich
(P₂-P₁) = [(PR-PL)/p]*[ra/rb] (13a)
Zur Bestätigung kann Gleichung (13a) in Gleichung (12) einge
setzt werden. Daraus ergibt sich:
ML = [(PR-PL)/p]*ra (14)
ML *(p/ra) = (PR-PL) (14a)
Gleichung (11) in Gleichung (10) eingesetzt liefert:
MR = rc *[(PR-PL) + (ML/ra)] (15)
Gleichung (14a) in Gleichung (15) eingesetzt:
MR = rc[ML *(p/ra) + (ML/ra)]
MR = [rc/ra]*[ML *(p+1)]
Daraus ergibt sich die Servounterstützung:
[MR/ML] = (rc/ra)*(p+1) (16)
Zur Verdeutlichung seien hierzu realistische Zahlenwerte ange
geben:
(rc/ra) = 16, (MR/ML) = 56, p = 2,5
Das Lenkradmoment ML vermittelt dem Fahrer einen Kontakt mit der
Straße. Dieser Kontakt geht mit zunehmender Verstärkung p
[Gleichung (16)] mehr und mehr verloren. Eingangssignal für ML
ist das Rückstellmoment MR an den gelenkten Rädern. Dieses Rück
stellmoment MR ist aber ein "unsicheres" Signal, da es von
vielen Parametern abhängig ist (Reifenzustand, Straßenzustand,
Fahrzustand usw.). Ein aus der gemessenen Winkelabweichung alpha
(und/oder alpha′ und/oder alpha′′) abgeleitetes Signal kann für
die Übermittlung des Straßenkontaktes an den Fahrer besser ge
eignet sein, da alpha(t) physikalisch eindeutig bestimmt ist und
zum Fahrzustand um die Fahrzeughochachse eine unmittelbare Aus
sage macht.
Da die Signalübertragung haptisch sein muß, das heißt vom Fahrer
spürbar, kann sie beispielsweise über einen variablen Verstär
kungsfaktor p einer Servolenkung erfolgen, in Abhängigkeit von
alpha (alpha′ und/oder alpha′′). Es sind dabei die verschieden
sten Funktionszusammenhänge denkbar. Einige einfache Auslegungen
werden im folgenden beispielsweise definiert:
p(alpha′) = pm - CD *alphaG′(t) (17),
wobei p(alpha′) definitionsgemäß größer oder gleich Null gelten
soll.
Gleichung (17) zeigt beispielhaft ein haptisches Signal für den
Fahrzustand. Hierbei gilt:
- p(alpha′) ist der Verstärkungsfaktor einer Servolenkung. In diesem Beispiel wird der Verstärkungsfaktor vom Betrag alphaG′(t) der gemessenen Gierwinkelgeschwindigkeit abhängig ge macht. Das Vorzeichen von alphaG′ darf also nicht berücksichtigt werden.
- CD ist eine Konstante, die auslegungsgemäß größer Null ist.
- pm ist der Auslegungspunkt für die Mittellage von p (Basis- Servoverstärkung). Der Wert p(alpha′) schwankt nach "Minus" um diese Mittellage.
- p(alpha′) ist der Verstärkungsfaktor einer Servolenkung. In diesem Beispiel wird der Verstärkungsfaktor vom Betrag alphaG′(t) der gemessenen Gierwinkelgeschwindigkeit abhängig ge macht. Das Vorzeichen von alphaG′ darf also nicht berücksichtigt werden.
- CD ist eine Konstante, die auslegungsgemäß größer Null ist.
- pm ist der Auslegungspunkt für die Mittellage von p (Basis- Servoverstärkung). Der Wert p(alpha′) schwankt nach "Minus" um diese Mittellage.
Unabhängig von der Drehrichtung des Fahrzeugs tritt ein Betrag
alphaG′(t) auf, der nach Gleichung (17) die Verstärkung
p(alpha′) abschwächt [p(alpha′) < pm]. Bei abnehmender Verstär
kung wird das Rückstellmoment ML größer [Gleichung (16)].
Diese Veränderung ist das erfindungsgemäße haptische Signal.
Zur Bestätigung dieses Zusammenhangs:
Aus Gleichung (16) folgt:
Aus Gleichung (16) folgt:
ML m = [MR/(pm+1)]*(ra/rc) (18)
ML alpha′ = [MR/(p(alpha′)+1)]*(ra/rc) (19),
wobei
- ML m das Lenkradmoment bei der mittleren Verstärkung pm ist und
- ML alpha′ das Lenkradmoment bei Beeinflussung durch die Gier winkelgeschwindigkeit alpha′ ist.
- ML m das Lenkradmoment bei der mittleren Verstärkung pm ist und
- ML alpha′ das Lenkradmoment bei Beeinflussung durch die Gier winkelgeschwindigkeit alpha′ ist.
Aus Gleichung (18) und (19) folgt:
[ML m/ML alpha′] = [p(alpha′)+1]/[pm+1] (20)
Das an den gelenkten Rädern wirkende Rückstellmoment MR sei in
beiden Fällen als gleich angenommen.
Mit Gleichung (17) in (20) folgt:
[ML m/ML alpha′] = [pm-CD *alphaG′(t)+1]/[pm+1]
= 1 -[[CD *alphaG′(t)]/[pm+¹]] (21)
alphaG′(t) = 0, das heißt, daß keine zeitliche Änderung des
Gierwinkels vorliegt
→ ML m = ML alpha′,
das heißt, daß der Fahrer keinen gierbewegungsabhängigen Ver stärkungsanteil spürt.
→ ML m = ML alpha′,
das heißt, daß der Fahrer keinen gierbewegungsabhängigen Ver stärkungsanteil spürt.
pm geht gegen "Unendlich", das heißt, daß die mittlere Verstär
kung sehr hoch gewählt wird
→ ML m = ML alpha′ = 0,
das heißt, daß das durch die Gierbewegung beeinflußte Lenkrad moment mit dem Lenkradmoment bei der mittleren Verstärkung über einstimmt.
→ ML m = ML alpha′ = 0,
das heißt, daß das durch die Gierbewegung beeinflußte Lenkrad moment mit dem Lenkradmoment bei der mittleren Verstärkung über einstimmt.
pm = 2,5 und [CD *alphaG′(t)] = -1,75 oder
[CD *alphaG′(t)] = 1,75
→ [ML m/ML alpha′] = 0,5
→ ML alpha′ = 2*ML m, das heißt, daß gegenüber alphaG′(t) = 0 (Fall 1) eine Verdopplung des Lenk radrückstellmomentes eintritt.
[CD *alphaG′(t)] = 1,75
→ [ML m/ML alpha′] = 0,5
→ ML alpha′ = 2*ML m, das heißt, daß gegenüber alphaG′(t) = 0 (Fall 1) eine Verdopplung des Lenk radrückstellmomentes eintritt.
Bei genauerer Betrachtung erkennt man, daß durch ein derartiges
Kontaktsignal ein Regeleffekt entsteht, nämlich unter Einbezug
des Fahrers. Der Fahrer wird bei stärker werdendem Lenkradgegen
moment erfahrungsgemäß einen kleineren Lenkradwinkel ro er
reichen, wodurch "haptisch" der gemessenen Fahrzeugdrehung alpha
entgegengewirkt wird. Bei dieser Schilderung ist zunächst unter
stellt, daß die Drehung alpha im wesentlichen aus einer äußeren
Störung kommt, also weniger aus einem vom Fahrer beabsichtigten
Drehvorgang am Lenkrad [ro(t), ro′(t), ro′′(t), siehe Definitio
nen für ro, ro′, ro′′ in der Gleichung (6)]. Zur Neutralisierung
oder teilweisen Neutralisierung letzteren Anteils am haptischen
Signal können Korrekturen vorgesehen werden, wie sie auch beim
schon beschriebenen Regler zum überlagerten Lenkeingriff einge
führt wurden [beispielsweise Gleichung (9)]. Bei Verwendung
gleicher Ansätze wie in Gleichung (9) wird die Gleichung (17) in
eine erweiterte Signalerleichung (22) übergeführt:
p(alpha′) = pm - CD *[alphaG′(t)-V*[CB *r°(t) +
CC1 *ro′(t) + CC2 *ro′′(t)]] (22)
mit der 1. Bedingung, daß p(alpha′) größer Null ist und
mit der 2. Bedingung, daß
alphaG′(t)-V*[CB *ro(t) + CC1 *ro′(t) + CC2 *ro′′(t)] größer oder gleich Null ist.
mit der 2. Bedingung, daß
alphaG′(t)-V*[CB *ro(t) + CC1 *ro′(t) + CC2 *ro′′(t)] größer oder gleich Null ist.
In einer dritten Version der erfindungsgemäßen Erzeugung des
haptischen Effektes wird auslegungsgemäß der Verstärkungsfaktor
der Servolenkung p von alpha von dem Gierwinkel alpha (also
nicht von der Gierwinkelgeschwindigkeit alpha′) abhängig ge
macht, anstelle der Gleichung (17) tritt dann:
p(alpha) = pm - CD *alphaG(t) (23),
mit der Randbedingung, daß p(alpha) größer als Null ist. Die
Zählweise für t ist wie die zur Gleichung (24) zu wählen.
Mit den Korrekturen für den vom Fahrer gewollten Anteil wird aus
Gleichung (23) die Gleichung
p(alpha) = pm - CD *[alphaG(t)-V*[CB *ro(t)
+ CC1 *ro′(t) + CC2 *ro′′(t)]] (24)
+ CC1 *ro′(t) + CC2 *ro′′(t)]] (24)
mit der 1. Bedingung, daß p(alpha) größer als Null ist und
mit der 2. Bedingung, daß
alphaG(t)-V*[CB *ro(t) + CC1 *ro′(t) + CC2 *ro′′(t)] größer oder gleich Null ist.
mit der 2. Bedingung, daß
alphaG(t)-V*[CB *ro(t) + CC1 *ro′(t) + CC2 *ro′′(t)] größer oder gleich Null ist.
Bei den Gleichungen (23) und (24) ist die im Zusammenhang mit
der Gleichung (1) beschriebene Zählweise für t anzuwenden.
Weiterhin sei darauf hingewiesen, daß die Verstärkungen p sowie
die auslegungsgemäßen Konstanten CD, CB, CC1 und CC2 in den
Gleichungen (17), (22), (23) und (24) selbstverständlich je nach
Ausführungsform der Erfindung unterschiedlich gewählt sein
können.
Bei dem erfindungsgemäßen Straßenkontakt über das Lenkrad durch
die Erzeugung eines haptischen Signals werden also teilweise
gleiche Ansätze wie beim beschriebenen Regler zum überlagerten
Lenkradeingriff verwendet [Gleichung (9)]. Der Steller für x(t)
entfällt jedoch bei dieser Ausführungsform, und die Regelfunk
tion [Gleichung (9)] ist explizit nicht vorhanden; sie ergibt
sich aus der Reaktion des Fahrers. Hierdurch ist eine Erhöhung
der Fahrstabilität des Fahrzeugs zu erreichen. Bei einem Fahr
zeug mit Servolenkung ist also der zusätzliche Aufwand für ein
solches die Fahrstabilität erhöhendes System gering. Bei der er
findungsgemäßen Ausführungsform zur Erzeugung des haptischen
Signals ist zu berücksichtigen, daß verschiedene Fahrer unter
schiedlich reagieren. Hierzu muß untersucht werden, wie stark
der Signalfluß für eine spürbare Reaktion des Fahrers sein muß
und ob dieser Einfluß dann noch verträglich ist. Im allgemeinen
wird bei dem Fahrer eines Fahrzeugs mit einer solchen fahrstabi
lisierenden Servolenkung ein Lernprozeß erforderlich sein, um
die Vorteile nutzen zu können.
Die Ausführungsbeispiele zur Verbesserung des Straßenkontaktes
über das Lenkrad durch die Erzeugung eines haptischen Signals
soll anhand des in der Fig. 3 dargestellten Blockschaltbildes
im Zusammenhang mit dem schon Erklärten dargestellt werden.
Die vom Fahrer durch Betätigung des Lenkrades 301 ausgehende
Lenkkraft P₁ bzw. P₂ (links- bzw. rechtsdrehende Stützkraft)
wird durch die Servoverstärkung 302 gemäß der Gleichung (13) zu
der nach rechts bzw. nach links wirkenden Servokraft PR bzw. PL
zur Einstellung der lenkbar ausgelegten Räder des Fahrzeugs 303
verstärkt.
Durch die gestrichelte Linie zwischen den Blöcken 303, 302 und
301 soll die Rückwirkung von den lenkbar ausgelegten Rädern des
Fahrzeugs 303 (Rückstellmoment MR) auf das Lenkrad 301
(Lenkradmoment ML) angedeutet werden. Durch diese Rückwirkung
kommt der schon erwähnte Straßenkontakt bei herkömmlichen Servo
lenksystemen zustande.
Erfindungsgemäß wird nun die Verstärkung p der Servounter
stützung 302 wenigstens abhängig von der Gierbewegung des Fahr
zeugs 303 gewählt. Hierzu werden der Berechnungseinheit 304 die
Signale des Gebers 305 zugeführt. Der Geber 305 ermittelt, je
nach Ausführungsform der Erfindung den Gierwinkel alphaG
und/oder die Gierwinkelgeschwindigkeit alphaG′ und/oder die
Gierwinkelbeschleunigung alphaG′′ entweder direkt oder aus ge
messenen Werten. Je nach Ausführungsform der Erfindung kann der
Berechnungseinheit 304 der durch den Geber 306 direkt oder indi
rekt erfaßte Lenkradwinkel ro, die Lenkradwinkelgeschwindigkeit
ro′ und/oder die Lenkradwinkelbeschleunigung ro′′ zugeführt wer
den.
Die Berechnungseinheit 304 verknüpft die Eingangssignale in der
schon beschriebenen ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Bildung des haptischen Signals gemäß der Gleichung (17), in der
zweiten Ausführungsform gemäß der Gleichung (22) und in der
dritten Ausführungsform gemäß der Gleichung (23) bzw. Gleichung
(24). Die Grundverstärkung pm und die in den Gleichungen aufge
führten Konstanten sind im Block 304 als auslegungsgemäße Fest
werte gespeichert oder können je nach Betriebszustand geladen
werden.
Eine solche Kombination ist durchaus von Interesse, da selbst
bei geregelter Lenkung ein verbessertes Signal für den Straßen
kontakt erwünscht ist. Es kommen dann die Gleichungen (9) und
(24) zur Anwendung. Deren Struktur ist ähnlich, obgleich, wie
erwähnt, CB, CC1 und CC2 in Gleichung (9) nicht notwendigerweise
gleich CB, CC1 und CC2 in Gleichung (24) ist.
Geht man von einem System (Servolenkung mit haptischen Signal
oder Lenkungsregler) aus und ergänzt es durch das andere, dann
ist der Mehraufwand für Software und Gerätetechnik minimal.
Bei einem Fahrzeug mit Hinterachslenkung kann alternativ zu der
in Fig. 2 gezeigten Schemaskizze selbstverständlich auch an der
Hinterachse mit dem Stellweg x(t) nach der Gleichung (9) einge
griffen werden. Es muß lediglich das Vorzeichen für x(t) geän
dert werden. Der schnelle Steller für x(t) ist in diesem Falle
schon vorhanden. Die Vorderachse kann dabei serienmäßig ausge
legt sein. Zusätzlich gebraucht werden lediglich die Winkelgeber
210 für den Lenkradwinkel ro(t), ein Fahrgeschwindigkeitssignal
V(t) und ein Geber 208 für den Gierwinkel alpha(t) bzw. für die
Gierwinkelgeschwindigkeit alpha′(t) bzw. für die Gierwinkelbe
schleunigung alpha′′(t)). Das Steuergerät der Hinterachslenkung
muß zur Bearbeitung der Gleichung (9) ergänzt werden.
Der Zusatzaufwand ist somit gering.
Claims (16)
1. System zur Stabilisierung des Fahrverhaltens nicht schienen
gebundener Fahrzeuge mit wenigstens einem Aktuator [102] zur Be
tätigung wenigstens einer lenkbar ausgelegten Fahrzeugachse
[203], bei dem zur Beaufschlagung des Aktuators wenigstens eine
vom aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs abhängige Lenkgröße
[(x(t)] ermittelt wird, die abhängig ist von wenigstens einer
den Gierwinkel [alphaG(t)), die Gierwinkelgeschwindigkeit
[alphaG′(t)] und die Gierwinkelbeschleunigung [alphaG′′(t)] re
präsentierenden Größe.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom
aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs abhängige Lenkgröße [(x(t)]
weiterhin abhängig ist von Größen, die den Einschlagwinkel
[ro(t)] eines von dem Fahrer des Fahrzeugs betätigten Lenkrades
und die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit [V] repräsentieren.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom
aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs abhängige Lenkgröße [(x(t)]
weiterhin abhängig ist von Größen, die die Einschlagwinkelge
schwindigkeit [ro′(t)] und die Einschlagwinkelbeschleunigung
[ro′′(t)] eines von dem Fahrer des Fahrzeugs betätigten Lenk
rades [101, 206] repräsentieren.
4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die die Gierbewegungen und/oder die Lenkradbe
wegungen repräsentierenden Größen [alphaG(t), alphaG′(t),
alphaG′′(t), ro(t), ro′(t), ro′′(t)] gemessen oder aus Messungen
errechnet werden.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Er
mittlung der die Gierbewegungen und/oder die Lenkradbewegungen
repräsentierenden Größen der Lenkradwinkel [ro(t)] und/oder der
Gierwinkel [alpha- (t)] und/oder die Gierwinkelgeschwindigkeit
[alphaG′(t)] und/oder die Gierwinkelbeschleunigung [alphaG′′(t)]
gemessen wird.
6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die die Gierbewegungen und/oder die Lenkradbe
wegungen repräsentierenden Größen [alphaG(t), alphaG′(t),
alphaG′′(t), ro(t), ro′(t), ro′′(t)] zur Ermittlung der vom
aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs abhängigen Lenkgröße [(x(t)]
gewichtet und additiv verknüpft werden.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die
Wahl der Wichtung der Größe [ro(t)], die den Einschlagwinkel des
von dem Fahrer des Fahrzeugs betätigten Lenkrades [101, 206] re
präsentiert, das Lenkverhalten (neutral, übersteuernd, unter
steuernd) des Fahrzeugs beeinflußt wird.
8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wichtung der Größe [ro(t)], die den Einschlagwinkel des von dem
Fahrer des Fahrzeugs betätigten Lenkrades [101, 206] repräsen
tiert, fest vorgegeben ist oder abhängig von den Fahrzustand re
präsentierenden und/oder beeinflussenden Größen gewählt wird.
9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß der zur Betätigung wenigstens einer lenkbar
ausgelegten Fahrzeugachse [203] vorgesehene Aktuator [102] mit
der vom aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs abhängigen Lenkgröße
[x(t)] beaufschlagt wird.
10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die vordere Fahrzeugachse [203] und/oder die
hintere Fahrzeugachse [205] lenkbar ausgelegt ist.
11. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß der vom aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs
abhängigen Lenkgröße [(x(t)] eine den Fahrerwunsch hin
sichtlich der Fahrtrichtung des Fahrzeugs repräsentierende Lenk
größe überlagert wird.
12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Bildung der den Fahrerwunsch hinsichtlich der Fahrtrichtung des
Fahrzeugs repräsentierenden Lenkgröße das von dem Fahrer des
Fahrzeugs am Lenkrad [101, 206] des Fahrzeugs aufgebrachte Dreh
moment [ML] durch eine Servounterstützung [201] verstärkt wird.
13. Servolenksystem mit wenigstens einem Aktuator zur Betätigung
wenigstens einer lenkbar ausgelegten Fahrzeugachse [303], bei
dem das von dem Fahrer des Fahrzeugs am Lenkrad [301] des Fahr
zeugs aufgebrachte Lenkkraft [P₁, P₂] durch eine Servounter
stützung [302] wählbar verstärkt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verstärkung [p] in Abhängigkeit von wenigstens einer vom
aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs abhängige Lenkgröße gewählt
wird, wobei diese Lenkgröße abhängig ist von wenigstens einer
den Gierwinkel [alphaG(t)], die Gierwinkelgeschwindigkeit
[alphaG′(t)] und/oder die Gierwinkelbeschleunigung [alphaG′′(t)]
repräsentierenden Größe.
14. Servolenksystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die vom aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs abhängige Lenk
größe weiterhin abhängig ist von Größen, die den Einschlagwinkel
[ro(t)] eines von dem Fahrer des Fahrzeugs betätigten Lenkrades
und die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit [V], die Einschlagwinkelge
schwindigkeit [ro′(t)] und/oder die Einschlagwinkelbeschleuni
gung [ro′′(t)] eines von dem Fahrer des Fahrzeugs betätigten
Lenkrades [301] repräsentieren.
15. Servolenksystem nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß die die Gierbewegungen und/oder die Lenkradbewe
gungen repräsentierenden Größen [alphaG(t), alphaG′(t),
alphaG′′(t), ro(t), ro′(t), ro′′(t)] gemessen oder aus Messungen
errechnet werden.
16. Hydraulische Lenkvorrichtung zur Ansteuerung im Rahmen eines
Lenksystems nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einer das vom
Fahrer des Fahrzeugs am Lenkrad (206) des Fahrzeugs aufgebrachte
Lenkradmoment (ML) verstärkende hydraulischen Servounter
stützung, bei der zur Unterstützung des vom Fahrer aufgebrachten
Lenkradmoments (ML) in einem Arbeitszylinder ein mit der Zahn
stange des Fahrzeugs verbundener erster Arbeitskolben (201) mit
Druckmittel beaufschlagt wird, wobei die Zahnstange mit der
Spurstange (209) zur Betätigung der lenkbar ausgelegten Vorder
achse (203) wirkverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß
innerhalb des ersten Arbeitskolbens (201) ein mit der Spurstange (209)
wirkverbundener zweiter Arbeitskolben (202) angeordnet
ist.
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20111001 |