DE68909251T2

DE68909251T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Lenkstellung eines Kraftfahrzeuglenkungssystems.

Info

Publication number: DE68909251T2
Application number: DE89300059T
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Bridges
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1988-01-06
Filing date: 1989-01-05
Publication date: 1994-01-13
Anticipated expiration: 2009-01-06
Also published as: DE68909251D1; EP0323899A3; CA1301278C; US4848791A; JPH01215677A; EP0323899A2; JP2836832B2; EP0323899B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Gerät zur Bestimmung der Lenkungsstellung eines Kraftfahrzeug-Lenkmechanismus. Dieses Verfahren und dieses Gerät sind für die Steuerung eines Fahrzeug-Federungssystems oder anderer Vorrichtungen in Kraftfahrzeugen verwendbar.
Anpassungsfähige Kraftfahrzeug-Federungssysteme sind in der Tecnnik bekannt. Ein Beispiel eines solchen Systems ist in der US-Patentschrift 4,621,833 offenbart. welche dem Autor der vorliegenden Erfindung zuerkannt ist und hiermit zur Bezugnahme zitiert sei. Das System nach dem 833er Patent sowie andere bekannte verstellbare Federungssysteme stellen die von einer oder mehreren Federungseinheiten aufgebrachte Dampferkraft nach einer Reihe von Eingabedaten ein, die von verschiedenen Quellen innerhalb des Fahrzeuges geliefert werden. So ist es z.B. aus dem 833er Patent bekannt, die Federungseinheiten unter Verwendung der linearen Fahrzeugbeschleunigung, Verzögerung, Lenktätigkeit, Fahrzeuggeschwindigkeit, voraussichtlicher Querbeschleunigung und anderen Eingabedaten zu steuern.
Die US-Patentschriften 3,608,925, 4,345,661, 4,555,126 und 4,564,214 veranschaulichen die Verwendung von Lenkungs-Eingabedaten zur Steuerung von Federungseinheiten. Ein entsprechender Typ einer Steuerung ist in der US-Patentschrift 3,895,816 offenbart, in welcher ein Fliehkraftgeber funktionsmäßig mit einer Ventilvorrichtung verbunden ist, um das Fahrzeug so mit einer Kraft zu beaufschlagen, daß eine übermäßige Rollbewegung der Karosserie bei Kurvenfahrt vermieden wird. Systeme mit festen Lenkungswinkelgebern sind durch fehlerhafte Einstellung der Geber für Fehler anfällig, insofern mit solchen Gebern eine genaue Winkelmessung erzielbar sein muß, wenn sie in Systemen eingesetzt werden sollen, die ein übermäßiges Rollen einer Kraftfahrzeugkarosserie in Kurvenfahrten korrigieren bzw. vorhersehen und vermeiden können. Auch sind solche Geber nicht in der Lage, Änderungen in der Radspur aufgrund von Stößen durch Fahrbahnhindernisse oder aufgrund von Verschleiß im Lenkmechanismus auszugleichen. Ein ähnliches Problem betrifft solche Systeme, die Fliehkraftgeber verwenden, insofern eine solche Kraft nur dann festgestellt werden kann, wenn sie bereits besteht, und wenn eine solche Kraft erst einmal existiert, hat die Fahrzeugkarosserie typischerweise bereits eine Lage eingenommen, die nur mit Hilfe von aktiven Federungseinheiten korrigiert werden kann, welche unabhängig von ihrer Betriebsgeschwindigkeit Kraft ausüben können. Um also wirksam zu sein, sollte eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines Lenkungs-Eingabewertes an ein Steuersystem für die Betätigung von Federungseinheiten Querbeschleunigung vorhersehen, anstatt diese Beschleunigung bloß zu messen. Die US-Patentschrift 4,621,833 offenbart einen Algorithmus zur Bestimmung der Lenkungs-Mittellage und ein Verfahren zur Ermittlung der Lenkungs-Mittellage, die geeignet sind, in einem System eingesetzt zu werden, welches die Querbeschleunigung vorhersehen kann, statt diese Beschleunigung nur zu messen.
Der in der US-Patentschrift 4,621,833 offenbarte Lenkungsgeber bringt ein Programm zur Anwendung, in welchem die Lenkungs-Mittellage unter Verwendung eines Abtastprogramms mit fester Abtastzeit bestimmt wird, welches mit verstellbar grossen, in Umfangsrichtung verlaufenden Fensterausschnitten im Betriebsbereich einer Lenkwelle arbeitet. Da die Abtastzeit in dem Algorithmus nach US-Patentschrift 4,621,833 feststehend ist, ist das darin offenbarte System nur bedingt fähig, Änderungen in der Mittellage der Lenkung zu verarbeiten.
Das in der am 4. Mai 1987 angemeldeten, der hier vorliegenden Anmelderin zugeschriebenen US-Patentanmeldung Nr. 046,005 offenbarte Lenkungsgebersystem verwendet ein Programm. in welchem die Lenkungs-Mittellage nach einer mit variabler Abtastzeit arbeitenden Strategie ermittelt wird, in der auch ein Konzept variabler Lenkungsfenster zur Anwendung gebracht werden kann.
Die vorliegende Erfindung verwendet eine Filtertechnik zur Bestimmung der Lenkstellung. EP-A-0,321,078 offenbart eine Filtertechnik zur Verarbeitung der Ausgabedaten eines Federungs-Niveaugebers.
EP-A-115,202 offenbart ein System, in welchem ein Algorithmus zur Anwendung gebracht wird, der eine feste Abtastzeit und eine in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit veränderliche Fenstergröße zur Bestimmung der Mittelstellung eines Fahrzeug-Lenksystems verwendet.
Die vorliegende Erfindung strebt an, ein Verfahren und ein Gerät zur dynamischen Bestimmung der Lenkstellung eines Fahrzeug-Lenksystems zu schaffen.
Ein Vorteil der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, daß sie eine genaue Bestimmung der Lenkstellung erlaubt und dabei im Vergleich zu bestimmten Systemen nach dem bisherigen stand der Technik relativ wenig Programm-Speicherraum beansprucht.
Ein weiterer Vorteil der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, daß die Bestimmung der Lenkstellung bei diesem System weniger Verarbeitungszeit beansprucht, als bestimmte Systeme nach dem bisherigen Stand der Technik.
Erfindungsgemäß wird ein System zur Bestimmung der Lenkstellung eines Kraftfahrzeug-Lenkmechanismus geschaffen, mit Signalmitteln zur Erzeugung eines ersten, der Bewegung des besagten Lenkmechanismus zugeordneten Signals, wobei besagte Signalmittel eine Drehvorrichtung aufweisen, die funktionsmäßig mit einer drehbaren Lenkwelle verbunden ist, zur Erzeugung wiederkehrender Markierungssignale, welche die Drehung der Lenkwelle darstellen, wobei besagte Markierungssignale einer Richtung und einem Drehweg entsprechen, welchen der Lenkmechanismus von einer Ausgangsstellung ausgehend durchlaufen hat, dadurch gekennzeichnet, daß das System außerdem Mittel zur Kumulierung einer arithmetischen Summe der besagten Signale aufweist, wobei besagte Summe die Richtung und den Weg darstellt, den der Lenkmechanismus in einem beliebigen Zeitraum durchlaufen hat, für welchen diese Summe berechnet wird, und wobei besagte Signalmittel Mittel zur Übertragung der besagten Summe als das besagte erste Signal aufweisen, und Datenverarbeitungsmittel zur Filterung des besagten ersten Signals, so daß ein zweites Signal erstellt wird, welches die Stellung des Lenksystems darstellt, wobei besagte Datenverarbeitungsmittel einen digitalen Hochpaßfilter mit verstellbarem Pol aufweisen.
Die Drehvorrichtung enthält vorzugsweise eine mit der Lenkwelle drehbare Scheibenblende sowie ein Paar Gebervorrichtungen, welche von dem Blendenfenster ausgelöst werden, so daß die Gebervorrichtungen eine Reihe von zyklischen Zweibitausdrücken im Binärcode erzeugen, wobei jeder Ausdruck einem finiten Drehweg der Lenkwelle entspricht.
Der Digitalfilter ist vorzugsweise ein Bandpaßfilter mit einem feststehenden Tiefpaßpol und einem verstellbaren Hochpaßpol. Die Stellung des Hochpaßpols kann dabei in Abhängigkeit von der Zeit verstellt werden. In diesem Falle kann der Hochpaßpol in Abhängigkeit von demjenigen Zeitraum verstellt werden, über welchen das besagte System im Anschluß an eine Standzeit in Betrieb ist. Alternativ dazu können die Prozessormittel auch einen mit einem Analogfilter gekoppelten Digitalfilter aufweisen, so daß diese einen Bandpaßfilter bilden. Der Digitalfilter kann als ein Hochpaßfilter mit verstellbarem Pol zur Anwendung gebracht werden, wobei der Pol wie oben erwähnt in Abhängigkeit von der Zeit verstellbar ist. Die Tiefpaß- Filterfunktion kann bei dieser Ausführung der vorliegenden Erfindung von einem Analogfilter übernommen werden, der z.B. einen Rasterfehler-Filter enthält.
Ein Verfahren zur Bestimmung der Lenkstellung eines Kraftfahrzeug-Lenkmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet folgende Schritte: (i) Aufzeichnung der Anzahl der Zählerimpulse oder Schritte, die der Lenkmechanismus von einer Ausgangsstellung aus durchläuft, und (ii) Filterung der aufgezeichneten Lenkstellungsdaten durch eine Bandpaßfilter-Vorrichtung zur Berechnung der momentanen Stellung des Lenkmechanismus. Ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann außerdem den Schritt der Änderung der Einstellung wenigstens eines der Pole des Bandpaßfilters als Funktion der Zeit aufweisen.
Die Erfindung wird nun beispielartig näher erläutert, unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, die folgendes zeigen:
Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit einem System gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Figur zeigt diverse Bestandteile eines die vorliegende Erfindung verkörpernden Systems.
Figur 2 ist eine teilweise geschnittene Draufsicht auf einen Lenkungsgeber, der einen Bestandteil eines Systems nach der vorliegenden Erfindung enthält.
Figur 3 ist ein Querschnitt durch einen Lenkungsgeber gemäß der vorliegenden Erfindung, entlang der Linie 3-3 der Figur 2.
Figur 4 ist ein Übersichts-Blockdiagramm des Systems gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung.
Figur 5 ist ein Bode-Diagramm eines einen Teil des Systems entsprechend der vorliegenden Erfindung enthaltenden Filters.
Figur 6A stellt die Ausgangs-Wellenform der in dem in den Figuren 2 und 3 dargestellten Lenkungsgeber eingesetzten Detektoren für eine Drehung im Uhrzeigersinn dar.
Figur 6B stellt die Ausgangs-Wellenform der in dem in den Figuren 2 und 3 dargestellten Lenkungsgeber eingesetzten Detektoren für eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn dar.
Figur 7 ist eine Wahrheitstafel, welche die Ausgangssignale der in den Figuren 2 - 3 dargestellten Detektoren bei Drehung des Lenkungsgebers der vorliegenden Erfindung im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn darstellt.
Figur 8 enthält ein logisches Block-Flußdiagramm gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Wie Figur 1 zeigt, sind das Verfahren und das Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung für den Einsatz in Verbindung mit verstellbaren Federungseinheiten und Lenkgetrieben bestimmt, wie sie typischerweise in Kraftfahrzeugen anzutreffen sind.
Das in Figur 1 dargestellte Kraftfahrzeug ist mit verstellbaren Vorder- und Hinterrad-Federungseinheiten 12 versehen die mit Rad- und Reifeneinheiten 10 zusammenwirken. Die Federungseinheiten können nach bekannter Art konstruiert sein, wie sie die US-Patentschrift 4,313,529 offenbart, welche Mittel zur Konstruktion eines Federbeins oder Stoßdämpfers beschreibt, das (der) über ein in einem der den Kolben des Stoßdämpfers bzw. des Federbeins durchlaufenden Kanäle angeordnetes Drehschieberventil verstellt werden kann. Das Drehschieberventil arbeitet derart, daß es die effektive Querschnittsfläche des Kanals verändert, um so eine verstellbare Dämpferkraft zu schaffen. Der Fachmann wird angesichts der vorliegenden Beschreibung erkennen, daß ein System gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur zur Steuerung verstellbarer Federungseinheiten und Lenkgetriebe eingesetzt werden kann, sondern auch zur Steuerung von anderen Arten verstellbarer fahrzeugtechnischer Vorrichtungen wie z.B. von hydraulischen Diagonal-Federungssystemen, Luftfedern mit verstellbarem Volumen oder von verstellbaren Querstabilisatoren. In ähnlicher Weise kann ein System gemäß der vorliegenden Erfindung auch in Verbindung mit halbaktiven und aktiven Federungsvorrichtungen verwendet werden.
Die Bestandteile eines Systems, das in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, sind in den Figuren 1 - 4 dargestellt. Danach erhält ein Steuermodul 14 Eingabedaten von einem Lenkungsgeber 20, einem Geschwindigkeitsgeber 16 und einem Bremsgeber 18. Obwohl sie nicht dargestellt sind, können auch Niveaugeber in Verbindung mit einem Federungs-Steuersystem verwendet werden, welches die vorliegende Erfindung zur Anwendung bringt. Die Federungseinheiten sind in Figur 1 als Luftfedern mit verstellbarem Volumen dargestellt, welche mit von einem Kompressor 21 gelieferter Druckluft arbeiten. Ein System nach der vorliegenden Erfindung könnte, wie bereits erwähnt, auch mit anderen Arten von Federungseinheiten verwendet werden, oder mit anderen kraftfahrzeugtechnischen Einrichtungen, bei welchen die Stellung des Lenkmechanismus bekannt sein muß.
Der Fachmann wird angesichts der vorliegender Beschreibung erkennen, daß der Geschwindigkeit 16 ein beliebiger Geber einer Reihe von verschiedenen in Kraftfahrzeugen gebräuchlichen Vorrichtungen oder Systemen sein kann. Es hat sich gezeigt, daß z.B. ein in derzeit geläufigen Modellen der Ford Motor Company verwendeter kombinierter Fahrzeuggeschwindigkeits- und Abstandsgeber, der einen vom Antriebstrang des Fahrzeuges, z.B. von dem Getriebe aus angetriebenen Wechselstromgenerator mit variabler Reluktanz aufweist, zur Bereitstellung eines Geschwindigkeitssignals an ein Federungs- Steuersystem geeignet ist.
Je nach den Erfordernissen des jeweiligen mit einem erfindungsgemäßen System ausgestatteten Kraftfahrzeuges kann das Steuermodul 14 Befehle an Federungs-Betätigungseinheiten 13 und an das Lenkgetriebe 22 abgeben (jeweils gesteuerte Vorrichtungen 13 und 22 in Figur 4). Der Fachmann wird angesichts dieser Offenbarung erkennen, daß der Prozessor in dem Steuermodul sowie seine zugehörigen Peripheriegeräte nach mehreren verschiedenen Konstruktionsarten aufgebaut sein können. In einer bevorzugten Ausführung jedoch (Figur 4), ist der Prozessor so ausgelegt, daß ein Steuerprogramm sequentiell für jeden Einheitsbefehl in einem Nurlese- bzw. Festwertspeicher (ROM) 26 abgelesen wird, in welchem feste Steuerprogramme gespeichert sind. Die Einheitsbefehle werden von einer zentralen Recheneinheit (CPU) 28 ausgeführt. Bestandteile des Rechners sind ein Eingabe-Ausgabe-Steuerkreis (I/O) 30 für den Datenaustausch mit externen Einrichtungen und ein Schreib- und Lesespeicher (RAM) 32 für die vorübergehende Speicherung von Daten, während diese Daten verarbeitet werden. Der Fachmann wird angesichts der vorliegenden Beschreibung weiterhin erkennen, daß ein System gemäß der vorliegenden Erfindung auch durch den Einsatz von verschiedenen Arten von Mikroprozessor-Vorrichtungen zur Anwendung gebracht werden kann, wobei die Bauarten 8061 und 8797 der Intel Corp. nur zwei Beispiele solcher Mikroprozessoren sind. In dem Falle, daß ein zur praktischen Ausführung eines erfindungsgemäßen Systems gewählter Mikroprozessor keine Hardware-Multiplikatorfunktion aufweist, muß eine solche Multiplikatorfunktion im Festwertspeicher ROM vorgesehen sein.
Der in Verbindung mit dem Steuermodul 14 arbeitende Lenkungsgeber 20 enthält Mittel zur Messung des Einschlagwinkels des Lenkmechanismus in Form von einer Reihe von Markierungs- bzw. Zählerimpulsen oder Schritten, die von der ursprünglichen Stellung aus gemessen werden, in der sich der Lenkmechanismus bei der Inbetriebnahme des Systems zu Beginn einer Betriebsperiode des Fahrzeuges befunden hat.
Wie die Figuren 2 und 3 zeigen, enthält der Lenkungsgeber 20 eine an der Lenkwelle 38 befestigte Scheibenblende 36, wobei diese Welle synchron mit dem Lenkrad drehbar ist, wenn das Lenkrad von dem Fahrer des Fahrzeuges gedreht wird. Die Scheibenblende 36 weist eine Vielzahl von Öffnungen 40 auf, in diesem Falle 20 solcher Öffnungen, welche dazu dienen, das Ansprechen der zueinander beabstandet angeordneten Detektoren A und B auszulösen, während die Scheibenblende zusammen mit dem Lenksystem des Fahrzeuges gedreht wird. Die Detektoren A und B erkennen die Bewegung der Scheibenblende. Da in der Scheibenblende 36 20 Öffnungen angebracht sind, gibt der Lenkungsgeber 80 Mal pro Umdrehung des Lenkrades je ein Signal ab, demzufolge zeigt jeder der 80 Zählerimpulse bzw. Schritte eine Drehung des Lenkmechanismus um 4,5 Grad an.
Wie Figur 3 zeigt, enthält jeder der Detektoren A und B eine Leuchtdiode (LED) 42 und eine photoelektrische Diode 44. Die Kombination aus LED und Photodiode wird zur Erkennung einer Bewegung der Scheibenblende 36 und folglich des Lenkmechanismus eingesetzt. Dies ist dadurch möglich, daß die Photodioden zwei Zustände einnehmen können -- d.h. daß sie bistabil sind. Ein leitender Zustand tritt jeweils dann ein, wenn Licht von der zugehörigen LED durch die Öffnung 40 in der Scheibenblende tritt und auf die Photodiode auftrifft. Das Ausgangssignal des Detektorkreises steigt dann auf ungefähr 5 Volt an. Ein nichtleitender Zustand tritt jeweils dann ein, wenn die Scheibenblende die Übertragung von Licht zwischen der LED und der Photodiode unterbricht. Wie Figur 6A zeigt bewirkt eine Drehung der Scheibenblende 36 im Uhrzeigersinn ein Wellenmuster für die Detektoren. in welchem der Übergang des Detektors A vor demjenigen deg Detektors B erfolgt. In anderen Worten eilt Detektor A gegenüber Detektor B vor. Dies ergibt sich aus dem Abstand zwischen den beiden Detektoren, der in Figur 2 als Maß D dargestellt ist, im Vergleich zu dem Abstand zwischen den Öffnungen, der in Figur 2 als Maß S dargestellt ist. Genauer gesagt ist das Maß D gleich 1,75 Mal Maß S. Wie Figur 6B zeigt, bewirkt eine Drehung des Lenkungsgebers entgegen dem Uhrzeigersinn ein Wellenmuster für die Detektoren, in welchem der Detektor A nach dem Detektor B seinen Zustand ändert und somit Detektor A gegenüber Detektor B nacheilt. Die Ausgangssignale der Detektoren A und B werden dem Steuermodul zugeführt, und auf diese Weise kann das Steuermodul die Richtung der Bewegung des Lenkmechanismus aufzeichnen.
Figur 7 ist eine Tabelle der in den Figuren 6A und 6B dargestellten Wellenformen in einem Digitalformat. Die maximale Ausgangsspannung der Detektoren von ungefähr 5 Volt wird in herkömmlicher Weise als logische "1" behandelt, während der Null-Ausgangszustand als logische "0" behandelt wird. Figur 7 zeigt jedes der möglichen logischen Zustandspaare, die von den Detektoren A und B als Signal abgegeben werden können. Die Paare sind in der Reihenfolge angeordnet, in welcher sie von dem Steuermodul bei Drehung im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn empfangen werden. Wie in der Figur 7 dargestellt, wird eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn von unten nach oben in der Figur gelesen, und eine Drehung im Uhrzeigersinn wird von oben nach unten in der Tabelle gelesen. Es ist dabei zu erkennen, daß die Detektorvorrichtungen A und B eine zyklische Reihe von Zweibitausdrücken im Binärcode erzeugen, wobei jeder Ausdruck einem finiten Umdrehungsgrad der Lenkwelle 38 entspricht. Im wesentlichen kann jeder Ausdruck als ein Zählerimpuls bzw. eine Marke oder ein Schritt angesehen werden, der eine Drehung der Lenkwelle um 4.5 Grad darstellt. Jeder Zählerimpuls stellt somit eine geringfügige Bewegung des Lenkmechanismus bzw. des Lenksystems dar. Die Anwendung dieser Zählerimpulse bzw. Schritte in einem System nach der vorliegenden Erfindung wird in Verbindung mit Figur 8 näher erläutert.
Das Ausgangssignal der Detektoren A und B kann nun im Steuermodul weiter verarbeitet werden, um ein Signal zu erzeugen, das die Geschwindigkeit bzw. die Winkelgeschwindigkeit des Lenkmechanismus anzeigt. Diese Operation wird in recht einfacher Weise dadurch ausgeführt, daß die Anzahl der Zustandsänderungen eines oder beider Detektoren über einen gegebenen Zeitraum verfolgt wird. Die Anzahl solcher Zustandsänderungen innerhalb des Abtastzeitraumes ist dann direkt proportional zur Winkelgeschwindigkeit des Lenkmechanismus. Der Fachmann wird angesichts der vorliegenden Beschreibung erkennen, daß, wenn auch der hierin beschriebene Lenkungsgeber nach digital-elektronischen Grundsätzen arbeitet, die vorliegende Erfindung auch unter Verwendung anderer Lenkungsgeber in die Praxis umgesetzt werden kann, z.B. mit analog-elektronischen oder anderen Lenkungsgebern, welche eine Reihe von jeweils eine finite Bewegung des Lenkmechanismus darstellenden Zählimpulsen erzeugen können.
Wie oben erwähnt, verwendet die vorliegende Erfindung eine Filtervorrichtung und -Technik, welche auf das Ausgangssignal des Lenkungsgebers 20 angewandt wird. Das Ausgangssignal des Lenkungsgebers 20 wird in einem Summenregister im internen RAM-Speicher als die arithmetische Summe einer Anzahl von Zählerimpulsen gespeichert, wobei die Stellung, die der Lenkmechanismus zu dem Zeitpunkt innehatte, als das System vor irgend einer besonderen Betriebsperiode aktiviert wurde, Null Zählerimpulsen entspricht. Die einer Drehung von 4,5 Grad des Lenkmechanismus entsprechenden Zählerimpulse werden bei der Drehung des Lenkmechanismus und des Lenkungsgebers zu dem Summenregister hinzugezählt bzw. davon abgezogen. Hierbei muß eine Konvention befolgt werden, wonach eine Drehung des Lenkungsgebers 20 in der einen Richtung positive Zählerimpulse zur laufenden Summe hinzuzählt, während eine Drehung in entgegengesetzter Richtung negative Zählerimpulse zu der laufenden Summe hinzuzählt. Dementsprechend kann die Summe der Zählerimpulse kleiner als Null sein, wenn der Lenkmechanismus in die Position zurückgedreht wird, die er innehatte, als das Fahrzeug angelassen wurden, und dann über diese ursprüngliche Stellung hinaus in "negativer" Richtung weitergedreht wird.
Das durch diese Filtertechnik erhaltene Ausgangssignal ist eine berechnete Zahl welche die Anzahl von 4,5-Grad- Impulsen oder Schritten darstellt, bei welcher der Lenkmechanismus momentan betrieben wird, gemessen von der Stellung aus, die als die korrekte Mittelstellung des Lenkmechanismus abgeleitet worden ist. Figur 5 stellt ein Bode-Diagramm für einen Filter dar, der einen Bestandteil einer Ausführungsform eines Systems nach der vorliegenden Erfindung umfaßt. Der in Figur 5 dargestellte Filter besitzt zwei Pole a und b. Folglich ist der Filter ein Bandpaßfilter. Dieser Filter kann vollständig in Programmform oder vollständig in Maschinenform ausgeführt sein, oder auch in Programm- und in Maschinenform. Zum Ausscheiden von Fehlsignalen ist jedoch ein Rasterfehler-Filter erforderlich. In einer bevorzugten Ausführung ist der Tiefpaßteil des Filters, als Pol "a" bezeichnet, bei ungefähr 3 Hz mittels eines Analog-Raster-Filters realisiert, welcher einen herkömmlichen Widerstands--Kapazitanz-Filter aufweist. In dieser ersten Ausführungsform ist die Lage von Pol "a" dadurch, daß der Tiefpaßteil des Filters materiell gebildet ist, feststehend. Die Lage von Pol "b" dagegen ist verstellbar, wie es die Buchstaben b&sub1; und b&sub2; der Figur 5 andeuten. Position b&sub1; ist diejenige Stellung, die der Pol b ursprünglich annimmt. Diese Stellung entspricht ca. 2 Hz. Pol b wird während des Betriebs einer Ausführungsform eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung bis in die Position b&sub2; verschoben, die etwa 1/480 Hz bzw. einem Impuls ungefähr alle 8 Minuten entspricht. Der Fachmann wird jedoch angesichts der vorliegenden Beschreibung erkennen, daß es ebenso möglich wäre, ein erfindungsgemäßes System ohne das hierin beschriebene Merkmal des verstellbaren Pols zu konstruieren. Der Fachmann wird angesichts dieser Beschreibung außerdem erkennen, daß die Wahl der Frequenzpositionen für die Pole a und b in ähnlicher Weise eine Frage der Einstellung des erfindungsgemäßen Systems auf die besonderen Erfordernisse des Fahrzeuges ist, in welchem das System installiert ist.
Es ist wünschenswert, für den Hochpaßteil des in Figur 5 dargestellten Filters über einen verstellbaren Pol zu verfügen, da mit dem verstellbaren Pol b eine rasche Konvergenz des Filters ohne übermäßige Aktivität desselben erzielt werden kann. Dadurch kann ein erfindungsgemäßes System dem Steuermodul schnell aussagefähige Daten in bezug auf die momentane Lenkungsstellung des Fahrzeuges liefern, ohne Fehldaten zu erzeugen.
Einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zufolge enthält eine Form einer Gleichung, welche den Hochpaßteil eines Filters für den Einsatz in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung zum praktischen Einsatz bringen kann, folgendes:
1. POS = A [ZÄHLER(k) - ZÄHLER (k-1)] + B [POS(k-1)]
wobei
A = 2 / (2+0,06/τ)
B = (2-0,06/τ) / ( 2+0,06/τ)
T = 0,06 = Abtastzeit in Sekunden. Dieser Wert ist willkürlich gewählt.
POS = momentane oder reelle Lenkungsstellung, gemessen in 4,5- Grad-Zählerimpulsen, einschließlich Impulsbruchteilen, von einer abgeleiteten Mittelstellung aus. POS ist eine reelle Zahl mit ganzzahligen und mit Bruchanteilen. Die Größe der Zählerimpulse, bezüglich der Gradzahl, ist eine willkürliche Einstell-Variable.
ZÄHLER(k) = die Anzahl der von dem Lenkungsgeber 20 gemessenen 4,5-Grad-Schritte, welche der Lenkmechanismus von einer Startposition aus innerhalb eines Zeitintervalls durchlaufen hat, welches gleich ist dem Produkt aus dem ganzzahligen Wert k mal dem Abtastzeit-Intervall T.
ZÄHLER(k-1) = die Anzahl der 4,5-Grad-Schritte, welche das Lenksystem von einer Startposition aus innerhalb eines Zeitintervalls durchlaufen hat, das gleich ist dem Produkt aus dem ganzzahligen Wert k-1 mal dem Abtastzeit-Intervall T.
τ = 1/b, wobei b gleich ist der von dem Hochpaßpol des Filters eingenommen Position. τ wird in Sekunden gemessen. τ stellt die Zeitkonstante des Hochpaßteils des Digitalfilters dar.
Setzt man nun die entsprechenden Faktoren für A und B ein, nimmt die Gleichung 1 folgende Form an:
2. POS = 2 / (2 + 0,06/τ) [ZÄHLER(k) - ZÄHLER(k-1)] + [(2 - 0,06/τ) / (2 + 0,06/τ) ] POS(k-1)
Nun soll τ von 1/3 Sek. auf 480 Sek. verändert werden. Dann gilt:
3. POS = 0,91743 [ZÄHLER(k) - ZÄHLER(k-1)] + 0,83486 [POS(k-1)] wenn τ = 1/3 Sek.
und
4. POS = 0,99994 [ZÄHLER(k) - ZÄHLER(k-1)] + 0,999875[POS(k-1) wenn τ = 480 Sek.
Wie oben erwähnt, ist POS gleich dem momentanen Lenkungseinschlagwinkel, wie er durch den Filter von einer angenommenen Mittelstellung aus bestimmt worden ist. Demzufolge schließt das vorliegende System in dem Falle, daß POS den Wert Null annimmt, darauf, daß der Lenkmechanismus des Fahrzeuges in der Geradeaus-Stellung ist. Wie aus den obenstehenden Gleichungen 3 und 4 erkennbar ist, strebt für alle möglichen Werte der Faktoren A und B der Wert für POS mit zunehmender Zeit nach Null. Da POS nach Null strebt, wenn das Fahrzeug über einen ausreichend langen Zeitraum in der Geradeaus-Stellung betrieben wird. fällt der Wert für POS allmählich auf Null ab. Es sei jedoch angemerkt daß mit zunehmendem τ der Wert für POS länger und länger braucht, um abzuklingen. Folglich kann der abgeleiteten Hittelstellung (Null Zählerimpulse für POS) mit zunehmendem τ ein größerer Vertrauensfaktor zugeordnet werden.
Wie oben beschrieben verändert sich der Wert für τ von 1/3 Sekunde auf 480 Sekunden (8 Minuten). Die Entscheidung darüber, welche Werte τ zugeordnet werden, sowohl in bezug auf den absoluten Bereich der Werte als auch hinsichtlich der Änderungsrate, ist eine Frage der Einstellung des erfindungsgemäßen Systems auf die Erfordernisse eines besonderen Fahrzeuges.
In einer zweiten Ausführungsform kann der Filter-Teil des Systems nach der vorliegenden Erfindung vollständig in Programmform ausgeführt werden, unter Verwendung der folgenden Gleichung:
5. POS = C [ZÄHLER(k) - ZÄHLER(k-20)] + D [POS(k-1)] - E [POS(k-2)]
wobei
Hierbei stellen "a" und "b" jeweils die Position der in Figur 5 dargestellten Pole dar.
Ein System gemäß der vorliegenden Erfindung könnte auch sowohl mit der Gleichung 2 als auch mit der Gleichung 5 betrieben werden ohne dabei die Werte der Faktoren in den verschiedenen Formeln zu ändern. In diesem Fall wäre jedoch die Lage des Hochpaß-Pols des Filters feststehend, und der Vorteil eines verstellbaren Pols hinsichtlich kürzerer Konvergenzzeit und höherer Empfindlichkeit ginge verloren. Es sei angemerkt, daß die Gleichung 2 hinsichtlich des erforderlichen Programmspeicherraumes wirtschaftlicher als Gleichung 5 in die Praxis umgesetzt werden kann, da sie weniger Rechenoperationen erfordert als Gleichung 5.
Bezugnehmend auf Figur 8 wird nun der Betrieb eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Bei Block 50 beginnt der Prozessor den dargestellten Algorithmus und geht über auf Block 52, wo eine Frage bezüglich der Fahrzeuggeschwindigkeit gestellt wird. Überschreitet die Fahrzeuggeschwindigkeit einen Schwellenwert, der z.B. eine Geschwindigkeit von ca. 15 mph beinhalten kann, geht der Prozessor auf Block 54 über, wo τ mit einem Zeit-Schwellenwert verglichen wird. Der Leser wird sich daran erinnern, daß τ von 1/3 Sekunde bis auf 480 Sekunden variieren kann. Wenn τ diesen letzten Wert erreicht hat, bleibt dieser unverändert, bis das System nach Ablauf einer gegebenen Fahrzeug-Betriebsperiode abgeschaltet wird. In Block 54 wird der Wert für τ mit dem Wert 480 Sekunden verglichen. Ist τ kleiner als 480 Sekunden, geht der Algorithmus auf Block 56 über, wo mehrere Fragen gestellt werden. Wird der Algorithmus nach Figur 8 zum ersten Mal durchlaufen, oder nach Ablauf einer anfänglichen Verzögerungsdauer von z.B. 9 oder 10 Sekunden, geht der Computer auf Block 58 über, wo neue Filterfaktoren berechnet werden. Diese Faktoren beinhalten diejenigen Faktoren A und B, die für die Gleichung 1 gegeben wurden. Wie die Gleichungen 3 und 4 zeigen, bewirkt die erneute Berechnung der Gleichungen eine Änderung des relativen Beitrages der beiden Ausdrücke in Gleichung 1 zu dem Wert POS, oder momentaner Lenkstellung. Nach der Berechnung der neuen Filterfaktoren in Block 58 geht der Algorithmus weiter aut Block 60, wo zu τ das Abtastzeit-Intervall hinzugezählt wird, das z.B. 60 Millisekunden betragen kann. Der Computer geht dann über auf Block 62, wo eine neue Lenkstellung durch Einsetzen der neu ermittelten Filterfaktoren in die Gleichung 2 berechnet wird. Bei jeder neuen Berechnung der Gleichung 2 ermittelt der Computer eine neue moinentane Lenkstellung für den Lenkmechanismus. Danach geht der Computer über auf Block 64, wo eine neue Referenz-Mittelstellung bestimmt wird.
Die Bezugs- oder Referenz-Mittelstellung wird nur dann verwendet, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht den Schwellenwert in Block 52 überschreitet. In anderen Worten, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit z.B. unter 15 mph liegt, wird die Referenz-Mittelstellung zur Anwendung gebracht. Die Referenz-Mittelstellung ist gleich dem Wert der ZÄHLER-Variablen zu einem beliebigen Zeitpunkt, minus POS. Fällt die Fahrzeuggeschwindigkeit unter den Schwellenwert in Block 52 ab, der in diesem Falle auf 15 mph festgelegt wurde, ist ein Lenkungsstellungs-Gebersystem nach der vorliegenden Erfindung dennoch in der Lage, ungefilterte Daten bezüglich der Lenkstellung zu liefern, da dann, wie Block 68 zeigt, eine Lenkstellung berechnet werden kann, die gleich ist dem Wert der arithmetischen Differenz zwischen den ZÄHLER-Impulsen und den Variablen der Referenz-Mittelstellung. So weiß z.B. der Computer dann, wenn die ZÄHLER-Impulse zu einem beliebigen Zeitpunkt gleich 30 sind, und die Referenz-Mittelstellung gleich 15 ist, daß der Lenkeinschlag von der Mittelstellung aus gleich 15 ZÄHLER- Impulse ist, je nach dem gegebenen Fall im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn. Diese Information kann einem Steueralgorithmus zur Steuerung des Lenkgetriebes oder der Federung oder eines anderen Systems des Fahrzeuges zugeführt werden.
Weiter mit dem Algorithmus nach Figur 8 fortfahrend wird die Frage in Block 54, wenn τ einen Wert von 8 Minuten erreicht hat, verneinend beantwortet und es werden keine neuen Faktoren für die Gleichung 2 berechnet. Der Computer fährt dann fort, bei jedem Durchlauf durch den Algorithmus nach Figur 8 POS zu reaktualisieren wobei die Endwerte für die in der Gleichung 4 angegebenen Faktoren verwendet werden.
Sobald die Lenkstellung auf den neuesten Stand gebracht ist, kann diese Kenntnis der Lenkstellung in folgender Weise verwendet werden. Erstens kann, wenn ein großer Wert für POS errechnet worden ist, z.B. dann, wenn das Fahrzeug ein Parkmanöver ausführt, die Höhe der am Lenkgetriebe 22 aufgebrachten Hilfskraft merklich erhöht werden. Sollte dagegen nur ein kleiner Lenkwinkel POS gemessen und berechnet werden, z.B. wenn das Fahrzeug auf einer relativ geraden Straße fährt, kann die Höhe der am Lenkgetriebe aufgebrachten Hilfskraft drastisch reduziert werden. Im Falle der Betätigungsvorrichtungen 13 für die verstellbaren Federungseinheiten können die Betätigungsvorrichtungen für die Federungseinheiten dort, wo ein System gemäß der vorliegenden Erfindung einen entsprechend großen Wert für POS ermittelt, so gesteuert werden, daß sie einen geeigneten Dämpfungsgrad und/oder ein geeignetes Fahrzeug-Niveau einregulieren.
Der Fachmann in den Bereichen der Technik, denen diese Erfindung angehört, wird wahrscheinlich verschiedene Änderungen und Variationsmöglichkeiten erkennen. So können z.B. die besonderen, in Verbindung mit dem offenbarten System gebrauchten Geber von den hier beschriebenen abweichen, und das System kann mit verschiedenen Steuerkonstanten und mit anderen Werten für die in dem hierin beschriebenen rechnerischen System enthaltenen Variablen betrieben werden. Diese und alle weiteren Varianten, die grundsätzlich auf den Lehren aufbauen, um welche diese Offenlegung den Stand der Technik weitergebracht hat, sind im Rahmen dieser Erfindung zu betrachten, wie er in den beiliegenden Patentansprüchen definiert ist.

Claims

1. System zur Bestimmung der Lenkstellung eines Kraftfahrzeug-Lenkmechanismus, mit Signalmitteln zur Erzeugung eines ersten, der Bewegung des besagten Lenkmechanismus zugeordneten Signals, wobei besagte Signalmittel eine Drehvorrichtung aufweisen, die funktionsmäßig mit einer drehbaren Lenkwelle verbunden ist, zur Erzeugung wiederkehrender Markierungssignale, welche die Drehung der Lenkwelle darstellen, wobei besagte Markierungssignale einer Richtung und einem Drehweg entsprechen, welchen der Lenkmechanisinus von einer Ausgangsstellung ausgehend durchlaufen hat, dadurch gekennzeichnet, daß das System außerdem Mittel zur Kumulierung einer arithmetischen Summe der besagten Signale aufweist, wobei besagte Summe die Richtung und den Weg darstellt, den der Lenkmechanismus in einem beliebigen Zeitraum durchlaufen hat, für welchen diese Summe berechnet wird, und wobei besagte Signalmittel Mittel zur Übertragung der besagten Summe als das besagte erste Signal aufweisen, und Datenverarbeitungsmittel zur Filterung des besagten ersten Signals, so daß ein zweites Signal erstellt wird, welches die Stellung des Lenksystems darstellt, wobei besagte Datenverarbeitungsmittel einen digitalen Hochpaßfilter mit verstellbarem Pol aufweisen.

2. System nach Anspruch 1, worin besagte Drehvorrichtung eine mit besagter Lenkwelle drehbare Scheibenblende aufweist sowie ein Paar Gebervorrichtungen, welche von dem Blendenfenster ausgelöst werden, so daß besagte Gebervorrichtungen eine Reihe von zyklischen Zweibitausdrücken im Binärcode erzeugen, wobei jeder Ausdruck einem finiten Drehweg der besagten Lenkwelle entspricht.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, worin besagter Digitalfilter einen Bandpaßfilter umfaßt.

4. System nach Anspruch 4, worin besagter Bandpaßfilter einen Filter mit einem feststehenden Tiefpaßpol und einem verstellbaren Hochpaßpol aufweist.

5. System nach Anspruch 4, worin die Einstellung des besagten Hochpaßpols eine Funktion der Zeit ist.

6. System nach Anspruch 5, worin die Stellung des besagten Hochpaßpols eine Funktion des Zeitraumes ist, über welchen das besagte System bereits in Betrieb ist.

7. System nach Anspruch 6, worin der Zeitraum, über welchen das besagte System bereits in Betrieb ist, jedesmal mit Null gleichgesetzt wird, wenn das besagte Fahrzeug über einen vorbestimmten Zeitraum steht.

8. System nach Anspruch 6, worin die Einstellung des besagten Pols festgelegt wird, wenn das besagte System über einen bestimmten Zeitraum in Betrieb war.

9. System nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, worin besagte Datenverarbeitungsmittel außerdem einen mit besagtem Digitalfilter kombinierten Analogfilter aufweisen.

10. System nach Anspruch 9, worin besagter Analogfilter einen Spektralüberlappungs-Filter aufweist.

11. System nach Anspruch 1, worin besagter verstellbarer Pol eine Funktion des Zeitraumes darstellt, über welchen besagtes System bereits in Betrieb ist, und zwar bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt.

12. Verfahren zur Bestimmung der Lenkstellung eines Kraftfahrzeug-Lenksystems mittels eines Systems nach Anspruch 1, welches Verfahren die Schritte umfaßt der Aufzeichnung der Anzahl der Schritte, die der Lenkmechanismus von einer Ausgangsstellung aus durchläuft, und der Filterung der besagten aufgezeichneten Lenkstellungsdaten durch den besagten Digitalfilter zur Berechnung der momentanen Stellung des Lenkmechanismus.

13. Verfahren nach Anspruch 12, außerdem die Schritte enthaltend der Änderung der Einstellung wenigstens eines der Pole des besagten Bandpaßfilters als Funktion der Zeit.