DE60314199T2

DE60314199T2 - System und Verfahren für die Anwendung der Absicht einer Fahrzeugbedienungsperson zum Abstimmen des Fahrzeugsteuerungssystems

Info

Publication number: DE60314199T2
Application number: DE60314199T
Authority: DE
Inventors: John D. New Hudson Martens
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2023-03-25
Also published as: US20030195684A1; EP1357013B1; US6879896B2; EP1357013A1; DE60314199D1

Description

HINTERGRUND
Die jüngsten Fortschritte in der Technologie, wie etwa Antiblockier-Bremssysteme, haben zu der erhöhten Leistung von Fahrzeugsteuersystemen geführt. Eine Art eines derartigen Fahrzeugsteuersystems ist ein Traktionssteuersystem (TCS). Das TCS überwacht die Räder des Kraftfahrzeugs auf eine schnelle Beschleunigung hin, die einen vorbestimmten Wert übersteigt. Wenn ein derartiger Wert detektiert wird, übt das TCS eine Bremskraft auf die beschleunigenden Räder aus, bis die Beschleunigung der Räder innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
Fahrzeugsteuersysteme werden im Stand der Technik eingehend behandelt. US 4,842,089 beispielsweise lehrt das Steuern (Vorwärtskopplungssteuern und Rückkopplungssteuern) des hinteren Lenksystems eines Wagens zum Verbessern der Richtungsstabilität, zum Kompensieren von Änderungen bei Fahrzeug- und Straßenzuständen und zum Formen des eingeschwungenen Verhaltens des Systems. US 6,282,478 betrifft das Unterstützen des Fahrers beim Korrigieren der Fahrrichtung. Dazu verwendet der Ansatz GPS-Daten und optische Daten, um zu beurteilen, ob ein Fahrzeug gerade dabei ist, von der Straße abzuweichen. Andere Verfahren, wie etwa das Einhalten der Reisegeschwindigkeit usw., werden verwendet, um die Geschwindigkeitsregelanlage zu aktivieren. Wenn die Geschwindigkeitsregelanlage aktiviert ist und das System eine Abweichung in der Spur des Fahrzeugs beobachtet, werden unterschiedliche Alarmhebel aktiviert, um die Aufmerksamkeit des Fahrers hinsichtlich der Möglichkeit einer bevorstehenden gefährlichen Situation zu erhalten, wie etwa das Er tönen eines Alarms, das Hervorrufen ungewöhnlicher Schwingungen im Fahrzeug und als letzte Maßnahme aktive Bremslenkung. EP 1 251 060 befasst sich mit dem Vermeiden von Hindernissen, die in der Fahrrichtung des Fahrzeugs auftauchen. US 5,448,481 befasst sich mit der Kompensation von Effekten, wie etwa das Hin- und Herwerfen durch den Wind, d. h., wenn eine Abweichung zwischen einem idealen Gierratenverhalten und einem tatsächlichen Gierratenverhalten auf die gegebene Lenkradeingabe vorliegt.
Eine andere Art von Fahrzeugsteuersystem, die Stabilitätskontrolle (SCS – stability control), unterstützt eine Bedienungsperson eines Fahrzeugs beim Aufrechterhalten der Kontrolle über ein Fahrzeug während Seiten/Lateralrutschen durch Überwachen von Gierrate und Lateralbeschleunigung und Anwendung von Differential-Bremssteuerungen zum Korrigieren der Richtungsbewegung des Fahrzeugs.
Eine andere Art von Fahrzeugsteuersystem, Vierradlenkung, verstärkt die Stabilität eines Fahrzeugs bei Fernstraßengeschwindigkeiten durch Drehen der Hinterräder in Phase mit den Vorderrädern, was einen verbesserten Spurwechsel gestattet und dabei die Notwendigkeit zum Ändern des Steuerkurses des Fahrzeugs reduziert. Bei geringeren Geschwindigkeiten reduzieren Vierradlenksysteme den Wenderadius eines Fahrzeugs durch Drehen der Hinterräder außer Phase relativ zu den Vorderrädern.
Wenngleich das Ziel eines Fahrzeugsteuersystems darin besteht, die Absicht einer Fahrzeugbedienungsperson vorauszusehen und entsprechend zu reagieren, basieren Fahrzeugsteuersysteme ihre Antwort im Allgemeinen auf Aktionen der Fahrzeugbedienungsperson, wie etwa das Abwinkeln des Handrads oder das Niederdrücken des Gaspedals, die durch mit dem Fahrzeug assoziierte Sensoren gemessen werden. Beispielsweise kann bei einem Vierradlenksystem die Abwinklung eines Fahrzeughandrads bei hohen Geschwindigkeiten eine Einschätzung hervorrufen, dass die Absicht der Fahrzeugbedienungsperson darin besteht, einen Spurwechsel umzusetzen. Analog kann das Abwinkeln eines Fahrzeughandrads bei niedrigen Geschwindigkeiten eine Einschätzung hervorrufen, dass die Absicht der Fahrzeugbedienungsperson darin besteht, den Steuerkurs des Fahrzeugs zu ändern.
Ein Nachteil derartiger Methodiken ist, dass sie keine Umstände berücksichtigen, bei denen die wahre Absicht der Fahrzeugbedienungsperson von der Einschätzung des Fahrzeugsteuersystems abweichen kann. Beispielsweise kann die wahre Absicht einer Fahrzeugbedienungsperson darin bestehen, einen Spurwechsel bei niedrigeren Geschwindigkeiten umzusetzen oder den Steuerkurs des Fahrzeugs bei höheren Geschwindigkeiten zu drehen. Was gewünscht wird, ist deshalb ein System und Verfahren zum Verwenden der Absicht einer Fahrzeugbedienungsperson zum Abstimmen eines Fahrzeugsteuersystems.
Aus US 4,842,089 ist ein Hinterrad-Lenkungssteuersystem bekannt, das separate Regelkreisrückkopplungssteuerungs- und Steuerkreisvorwärtskopplungssteuerpfade verwendet. Die Antwortcharakteristiken der Steuerkreis- und Regelkreissteuerpfade werden zeitlich separat geplant, um zu versuchen, die Gesamtsystemleistung zu optimieren. Insbesondere werden die Autoritäts- und Verzögerungseigenschaften der beiden Wege unabhängig variiert, um zu versuchen, gewünschte Steueraufgaben zu erzielen.
Die aus US 6,282,478 bekannte Fahrrichtungs-Korrekturvorrichtung enthält eine Versetzungsdetektionseinrichtung zum Detektieren eines Versetzungsausmaßes eines auf einer Straße fahrenden Fahrzeugs bezüglich der Straße; eine Radbremsdruck-Steuereinrichtung für Druckrad-Brems drücke und Steuern einer Radbrems-Druckverteilung; und eine Geschwindigkeitsregelungseinrichtung, um der Radbremsdruck-Steuereinrichtung eine Radbremsdruck-Verteilungssteuerung zu befehlen. Die Radbremsdruck-Verteilungssteuerung enthält die folgenden Prozesse: mindestens eine einer Gierrate, einer Lateralgeschwindigkeit und einer Lateralbeschleunigung wird zu einem Index gemacht, ein Wert des Indexes, der in dem Fahrzeug erscheint, wenn seine Laufrichtung in Richtung einer Richtung geändert wird, in der das Versetzungsausmaß abnimmt, wird zu einem Wert des Indexes addiert, der erscheint, wenn das Fahrzeug entlang einer gekrümmten Straße läuft, und ein summiertes Ausmaß wird zu einem Objektwert gemacht und der Wert des Indexes, der im Fahrzeug erscheint, fällt mit dem Objektwert zusammen.
Aus US 5,337,850 ist ein Hinterrad-Lenkungssteuersystem für Kraftfahrzeuge bekannt, das Hinterräder des Fahrzeugs mit einem gleichphasigen Winkel wie die Vorderräder für einen relativ kleinen Lenkrad-Operationswinkel lenkt, und mit einem entgegengesetzt phasigen Winkel zu den Vorderrädern für einen relativ großen Lenkrad-Operationswinkel. Das Steuersystem versucht, eine verstärkte Untersteuertendenz von Fahrzeugen vom Vorderradantriebstyp bei einer Kurvenfahrt zu mildern. Dazu ist ein Verzögerungsmittel in einem bestimmten Lenkradoperationswinkelbereich operativ, indem sich der Hinterräderlenkwinkel zwischen einem maximalen gleichphasigen Lenkwinkel und einem maximalen entgegengesetztphasigen Lenkwinkel ändert. US 5,337,850 offenbart die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1.
US 4,720,790 betrifft eine Hinterradlenkwinkelsteuerungsvorrichtung für Fahrzeuge mit lenkbaren Vorder- und Hinterrädern, ausgelegt zum Steuern des Lenkwinkels von Hinterrädern als Reaktion auf die Operation des Lenkrads zum Lenken der Vorderräder. Wenn das Lenkrad schnell betä tigt wird, wird ein Hinterradlenkwinkel in der entgegengesetzten Richtung zu der Richtung des Vorderradlenkwinkels gebildet. Der Ansatz in US 4,720,790 versucht, die Reaktion auf die Lenkeingabe zum Drehen des Fahrzeugs zu verbessern. Wenn umgekehrt das Lenkrad langsam betätigt wird, wird ein Hinterradlenkwinkel in der gleichen Richtung wie der Vorderradlenkwinkel gebildet, was darauf abzielt, die Stabilität des geradeaus fahrenden Fahrzeugs zu verbessern.
US 5,400,864 lehrt eine automatische Geschwindigkeits- und Abstandssteuervorrichtung, die auf detektierte Signale und von einer Bedienungsperson verursachte Signale reagiert und die Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs und seinen Abstand bezüglich Objekten in seinem Bewegungsweg automatisch steuert. Es wird ein Steuerverfahren bereitgestellt, das darauf abzielt, einem Fahrer zu gestatten, bei der Operation des Systems zu intervenieren, wenn er als Vorbereitung für ein Überholmanöver beschleunigen möchte. Bei Unterbrechung der Operation durch einen Fahrzeugfahrer wird die Steuervorrichtung für eine vorbestimmte Zeitperiode unterbrochen und nimmt danach die automatische Steuerfunktion wieder auf.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung schlägt ein System und Verfahren, wie in den beigefügten unabhängigen Ansprüchen definiert, für die Verwendung der Absicht einer Fahrzeugbedienungsperson zum Abstimmen eines Fahrzeugsteuersystems vor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Fahrzeug ohne ein Hinterradlenksystem, das beim Fahren entlang einer gekrümmten Straße seinen Steuerkurs ändert;
2 zeigt ein Fahrzeug ohne ein Hinterradlenksystem, das beim Fahren in der gleichen Richtung von einer Spur zu einer anderen Spur wechselt;
3 zeigt ein mit einem Hinterradlenksystem ausgestattetes Fahrzeug, das beim Fahren in der gleichen Richtung von einer Spur zu einer anderen Spur wechselt;
4 zeigt ein Fahrzeug, das mit Vorder- und Hinterradlenksystem ausgestattet ist und in der Lage ist, die Absicht einer Fahrzeugbedienungsperson zum Abstimmen der Hinterradlenksystemsteuerung zu verwenden;
5 und 6 sind ein Flussdiagramm zum Verwenden der Absicht einer Fahrzeugbedienungsperson zum Abstimmen eines Hinterradlenkungssteuersystems; und
7 vergleicht grafisch Gierrate und Lateralbeschleunigung über der Zeit während eines doppelten Spurwechsels auf Schneeglätte für ein Fahrzeug, das die Fahrerabsicht so interpretiert, dass sie darin besteht, das Fahrzeug zu drehen, und für ein Fahrzeug, dass die Fahrerabsicht so interpretiert, dass sie darin besteht, zu verursachen, dass das Fahrzeug Spuren wechselt.
AUSFÜHRLICHE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
1 zeigt ein Fahrzeug ohne ein Hinterradlenksystem, das seinen Steuerkurs beim Fahren entlang einer gekrümmten Straße 16 von einer ersten Position 10 zu einer zweiten Position 12 zu einer dritten Position 14 ändert. Die Fahrzeugbedienungsperson muss das Handrad des Fahrzeugs ausreichend drehen, um zu bewirken, dass der Steuerkurs des Fahrzeugs der Krümmung der Straße 16 entspricht, was zur Erzeugung von Gier und einer entsprechenden Lateralbeschleunigung führt.
2 zeigt ein Fahrzeug ohne ein Hinterradlenksystem, das beim Fahren in der gleichen Richtung von einer Spur zu einer anderen Spur wechselt. Um Spuren zu wechseln, muss die Fahrzeugbedienungsperson eine Reihe von Handradjustierungen vornehmen. Anfänglich fährt das Fahrzeug 18 in der rechten Spur der Straße 20. Die Fahrzeugbedienungsperson dreht das Handrad entgegen dem Uhrzeigersinn, was bewirkt, dass sich das Fahrzeug 22 von der rechten Spur zur linken Spur bewegt. Nachdem das Fahrzeug 24 in der linken Spur fährt, dreht die Fahrzeugbedienungsperson das Handrad im Uhrzeigersinn, um übermäßigem Gier entgegenzuwirken, das durch die vorausgegangene Drehung des Handrads durch die Fahrzeugbedienungsperson entgegen dem Uhrzeigersinn verursacht wird. Schließlich dreht die Fahrzeugbedienungsperson das Handrad entgegen dem Uhrzeigersinn, um zu bewirken, dass das Fahrzeug 26 in eine Richtung parallel zur Straße 20 fährt. Es versteht sich, dass 2 einen beispielhaften Fahrzeugspurwechsel zeigt und dass ein Fahrzeugspurwechsel unter Verwendung einer alternativen Reihe von Handradbewegungen erreicht werden kann. Beispielsweise könnte ein Spurwechsel erreicht werden durch Abwinkeln das Handrads entgegen dem Uhrzeigersinn, gefolgt von einem Geradstellen des Handrads, gefolgt von einem Abwinkeln des Handrads im Uhrzeigersinn, gefolgt von einem Geradstellen des Handrads.
Mit Hinterradlenksystemen ausgestattete Fahrzeuge sind in der Lage, Spuren mit wenig oder keiner Änderung am Fahrzeugsteuerkurs zu wechseln, und erfordern, dass eine Fahrzeugbedienungsperson weniger Handradjustierungen vornimmt. Wenn ein derartiges Fahrzeug einen rein translatorischen Spurwechsel vornimmt, wird zudem wenig oder kein Gier erzeugt, und somit ist das Fahrzeug besser in der Lage, Traktion und Stabilität zu maximieren. Wie in 3 gezeigt fährt das Fahrzeug 28 anfänglich in der rechten Spur der Straße 30. Die Fahrzeugbedienungsperson dreht das Handrad entgegen dem Uhrzeigersinn, wodurch bewirkt wird, dass sich das Fahrzeug 32 von der rechten Spur zur linken Spur bewegt. Nachdem das Fahrzeug 34 in der linken Spur fährt, dreht die Fahrzeugbedienungsperson das Handrad im Uhrzeigersinn, um die Fahrrichtung des Fahrzeugs 34 beizubehalten.
Ein Hinterradlenkungssteuersystem, das separate Regelkreisrückkopplungssteuerungs- und Steuerkreisvorwärtskopplungssteuerpfade verwendet, ist aus dem US-Patent Nr. 4,842,089 bekannt und ist an den Inhaber der vorliegenden Anmeldung übertragen. Der Regelkreisrückkopplungspfad kann optimiert werden, um die Richtungsstabilität zu verbessern, um Änderungen beim Fahrzeug- oder Straßenzustand zu kompensieren, und um das eingeschwungene Verhalten des Systems zu formen. Der separate Steuerkreisvorwärtskopplungssteuerpfad kann optimiert werden, um sowohl das vorübergehende als auch das eingeschwungene Verhalten des Systems zu formen. Durch Trennen der Steuerkreis- und Regelkreissteuerpfade können die Autoritäts- und/oder Verzögerungseigenschaften der beiden Wege für das optimale Verhalten unabhängig variiert werden.
Nunmehr unter besonderer Bezugnahme auf 4 wird ein Fahrzeug dargestellt, das mit Vorder- und Hinterradlenksystem ausgestattet ist und in der Lage ist, die Absicht einer Fahrzeugbedienungsperson zum Abstimmen der Hinterradlenksystemsteuerung zu verwenden. Bezugszahl 110 bezeichnet allgemein ein Kraftfahrzeug mit vier lenkbaren Rädern. Die Vorderräder 112, 114 werden als Reaktion auf eine Drehung eines von der Bedienungsperson betätigten Handrads 116 zusammen gelenkt. Das Handrad 116 ist mechanisch über eine Lenksäule 118 mit einem Ritzel 120 verbunden, das in kämmender Ineingriffnahme mit auf einer vorderen Zahnstange 122 ausgebildeten Zähnen gehalten wird. Die vordere Zahnstange 122 ist wiederum mit (nicht gezeigten) Vorderradspurstangen verbunden, was das mechanische Gestänge vervollständigt, das die Vorderräder 112, 114 mit dem Handrad 116 verbindet.
Ein Elektromotor 124 treibt ein ebenfalls in kämmender Ineingriffnahme mit Zähnen der vorderen Zahnstange gehaltenes zweites Ritzel 126 an. Der Motor 124 ist dazu ausgelegt, in Relation zu dem von der Bedienungsperson ausgeübten Lenkdrehmoment bestromt zu werden, um ein Lenkservo-Unterstützungsmoment zu erzeugen, das dem von der Fahrzeugbedienungsperson ausgeübten Drehmoment hilft. Dazu ist ein Drehmomentsensor 128 in Relation zu der Lenksäule 118 angeordnet, um ein elektrisches Signal gemäß dem von der Bedienungsperson ausgeübten Lenkdrehmoment zu erzeugen. Ein derartiges Signal wird als eine Eingabe an eine computerbasierte Steuereinheit 130 angelegt, die unter anderem die Bestromung des Elektromotors 124 über Leitung 132 steuert, um die ordnungsgemäße Größe und Richtung der Lenkunterstützung zu erzeugen. Ein die Fahrzeuggeschwindigkeit V_x anzeigendes Signal wird als eine Eingabe über Leitung 134 an die Steuereinheit 130 angelegt, wobei dieses Signal auch als ein Parameter zur Lenkungssteuerung verwendet werden kann. Ein die Absicht I_d der Fahrzeugbedienungsperson anzeigendes Signal wird als eine Eingabe über Leitung 135 an die Steuereinheit 130 angelegt, wobei das Signal auch als ein Parameter zur Lenkungssteuerung verwendet werden kann. Dazu sind mehrere Sensoren 137 in Relation zu der Steuereinheit 130 angeordnet, um ein elektrisches Signal gemäß der Absicht der Fahrzeugbedienungsperson zu erzeugen.
Die Steuereinheit 130 steuert auch die Bestromung eines Elektromotors 136, wie durch Leitung 138 angegeben, zum Steuern der Lenkung von Hinterrädern 140, 142. Der Motor 136 treibt drehbar ein Ritzel 144, das in kämmender Ineingriffnahme mit auf einer hinteren Zahnstange 146 ausgebildeten Zählen gehalten wird. Die Zahnstange 146 ist wiederum mechanisch mit den nicht gezeigten Hinterrad-Spurstangen verbunden, so dass die Hinterräder 140, 142 zusammen lenken. Beim Mechanisieren einer derartigen Steuerung werden elektrische Signale, die die Lateral- und Giergeschwindigkeiten V_y, r und den Vorderlenkwinkel D_f anzeigen, als Eingaben über Leitungen 148–152 an die Steuereinheit 130 geliefert. Die Lateral- und Giergeschwindigkeitseingaben werden mit nicht gezeigten Beschleunigungsmessgeräten erhalten, und der Vorderlenkwinkel D_f wird mit einem auf die Drehposition des Handrads 116 reagierenden Drehpotentiometer 154 erhalten.
Die computerbasierte Steuereinheit 130 führt die Funktionen eines Vorderlenkwinkelfilters, einer Referenzmodellkarte, eines Steuerkreis-Controllers, eines Regelkreis-Controllers und einer Summierungsverbindung aus. Ein Computerprogramm zum Ausführen der Funktionen befindet sich in einem Speichermedium 156. Das Speichermedium 156 kann von der Steuereinheit 130 getrennt oder eine integrierte Komponente der Steuereinheit 130 sein. Die Steuereinheit 130 ist in der Lage, den Programmcode über ein ausgebreitetes Datensignal 158 zu empfangen. Die Steuereinheit 130 kann ein oder mehrere Fahrzeugsteuersysteme, wie ein Antiblockier-Bremssystem, Traktionssteuersystem, Stabilitätskontrollsystem, Vorderradlenksystem, Hinterradlenksystem oder Vierradlenksystem implementieren.
Bestimmen der Absicht einer Fahrzeugbedienungsperson
Um die Absicht einer Fahrzeugbedienungsperson zu bestimmen, muss ein Fahrzeugsteuersystem in der Lage sein, eine Darstellung der Absicht zu empfangen. Die Absicht wird anhand von von der Steuereinheit 130 empfangenen Datensignalen bestimmt. Die Datensignale werden von Sensor 137 empfangen.
Bei einem ersten Beispiel enthalten die Sensoren eine Sichtdetektionseinrichtung, die in der Lage ist, den Weg der Straße unmittelbar vor dem Fahrzeug anzugeben. Wenn Straßenkrümmung oder Kreuzungen angegeben sind, stellen Datensignale die Absicht der Fahrzeugbedienungsperson so dar, dass sie darin besteht, das Fahrzeug zu drehen. Wenn sich die Straße nicht krümmt oder eine zweite Straße schneidet, stellen Datensignale die Absicht der Fahrzeugbedienungsperson so dar, dass ein Spurwechsel umgesetzt werden soll.
Bei einem vierten Beispiel enthalten die Sensoren eine erste Einrichtung, die mit einer zweiten Einrichtung in Kommunikation steht, wobei sich die zweite Einrichtung nicht in dem Fahrzeug befindet. Die zweite Einrichtung kann mobil sein, wie etwa eine Einrichtung, die sich in einem benachbarten Fahrzeug befindet, oder fixiert, wie etwa eine Einrichtung, die sich in einem Gelände oder Pfosten am Straßenrand befindet. Die zweite Einrichtung liefert Informationen hinsichtlich Fahrbahnzuständen, wie etwa das Vorliegen von Kurven, Geschwindigkeitsbeschränkungen usw., anhand derer dann bei Kombinieren mit anderen Signalen (z. B. Handradgeschwindigkeit, Fahrzeuggeschwindigkeit usw.) die Absicht der Bedienungsperson interpretiert werden kann.
Einstellung des Fahrzeugsteuersystems
Das Fahrzeugsteuersystem erzeugt einen Befehl zur Ausführung durch das Fahrzeug, das auf Aktionen der Fahrzeugbedienungsperson reagiert, wie etwa das Niederdrücken eines Gaspedals oder das Abwinkeln des Fahrzeughandrads und Fahrerabsicht. Im Falle eines Hinterradlenksystems sendet die computerbasierte Steuereinheit einen Antwortbefehl Dr(CMD) an die Hinterradaktuatoren des Fahrzeugs. Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist der Antwortbefehl Dr(CMD) zumindest teilweise eine Funktion der Absicht der Fahrzeugbedienungsperson.
Die Flussdiagramme von 5 und 6 stellen ein von der computerbasierten Steuereinheit beim Ausführen der Antwort des Fahrzeugsteuersystems ausgeführtes Computerprogramm dar. Der Initialisierungsblock 210 stellt eine Reihe von Anweisungen dar, die bei der Initialisierung jeder Periode der Fahrzeugoperation ausgeführt werden, um die verschiedenen Register, Eingabezähler und Flags zu initialisieren, die in Verbindung mit der Steuerung der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Danach werden die Anweisungsblöcke 212–224 wiederholt und sequenziell ausgeführt, wie durch die Flusslinien und die Rücklinie 226 angegeben.
Nunmehr unter Bezugnahme auf 5 wird die Steuereinheit initialisiert 210. Die Steuereinheit empfängt die verschiedenen Eingangssignale bei 212, einschließlich jener für Longitudinalgeschwindigkeit V_x, Absicht I_d der Fahrzeugbedienungsperson, Lateral- oder Schlupf-Istgeschwindigkeit V_y, Gier-Istgeschwindigkeit r und Vorderradlenkwinkel D_f. Wie in 4 angegeben werden solche Signale über Leitungen 134, 135, 148, 150 beziehungsweise 152 an die Steuereinheit 130 geliefert.
Der Anweisungsblock 214 betrifft die durch die Steuereinheit 130 in 4 bezeichnete Steuerkreisvorwärtskopplungsfunktion. Die Leistung einer derartigen Funktion umfasst die Schritte des Bestimmens des Steuerkreisverstärkungsverhältnisses OLGR als Funktion der Longitudinalgeschwindigkeit V_x und Berechnen des Steuerkreisvorwärtskopplungsbefehls Dr(OL) als Funktion des gemessenen Vorderradlenkwinkels D_f und OLGR. OLGR = f(Vx) Dr(OL) = f(Df, OLGR)
Der Anweisungsblock 216 betrifft die durch den von der Steuereinheit 130 in 4 implementierten Filter bezeichnete Vorderradlenkwinkel-Filterfunktion. Der gefilterte Vorderradlenkwinkel D_f' ist wegen Rauschunterdrückung in dem Regelkreisrückkopplungssteuerpfad erwünscht. Bei Initialisierung der Steuerung setzen die durch Block 210 bezeichneten Anweisungen anfänglich den gefilterten Vorderradlenkwert D_f' auf Null. Die Koeffizienten F1 und F2 werden bestimmt, der Verstärkungsfaktor GF wird berechnet und die gefilterte Ausgabe D_f' wird entsprechend dem Produkt der Lenkwinkeländerung und dem berechneten Verstärkungsfaktor GF aktualisiert. F1 = f(Vx) F2 = f(Vx) GF = F1 + |F2(Df – Df')| Df' = Df' + (Df – Df')GF
Nunmehr unter Bezugnahme auf 6 betrifft der Anweisungsblock 218 eine Referenzmodellfunktion, die von der von der Steuereinheit 130 in 4 bereitgestellten Referenzmodellkarte bezeichnet wird. Die Referenzmodellkarte definiert eine Fahrzeug-Sollantwort im Hinblick auf die Gier-Sollgeschwindigkeit r(des) und Lateral- oder Schlupf-Sollgeschwindigkeit V_y(des). Die Referenzmodellkarte basiert auf einem Kurvenfahrtmodell des Fahrzeugs und erzeugt einen statischen oder eingeschwungenen Referenzpunkt (r(des), V_y(des)) für den folgenden Regelkreis-Controller. Die Referenzmodellkarte wird als Funktion der Absicht der Fahrzeugbedienungsperson bestimmt. Der gefilterte Vorderradlenkwinkel D_f' wiederum wird als eine Eingabe zusammen mit der Longitudinalgeschwindigkeitsangabe V_x und dem Steuerkreisvorwärtskopplungslenkbefehl Dr(OL) auf die Referenzmodellkarte angewendet, um die Gier-Sollgeschwindigkeit r(des) und Lateral- oder Schlupf-Sollgeschwindigkeit V_y(des) zu erzielen. freference model() = f(Id) r(des) = freference model(Df', Vx, Dr(OL)) Vy(des) = freference model(Df', Vx, Dr(OL))
Wenn die Absicht der Fahrzeugbedienungsperson dahingehend bestimmt wird, zu bewirken, dass das Fahrzeug einen Bogen fährt, wird f_{reference
model}() derart definiert, dass eine starke Gierrate und Steuerung verwendet werden. Wenn die Absicht der Fahrzeugbedienungsperson dahingehend bestimmt wird, zu verursachen, dass das Fahrzeug einen Spurwechsel umsetzt, wird f_{reference model}() derart definiert, dass eine leichte Gierrate und eine starke Lateralbeschleunigung und Steuerung verwendet werden. Wenn die Absicht der Fahrzeugbedienungsperson dahingehend bestimmt wird, ein Kompromiss zu sein zwischen dem Verursachen eines Drehens und dem Verursachen eines Spurwechsels, werden f_{reference
model}() und somit die Antwort des Steuersystems entsprechend variiert.
Bei einer weiteren, bei 220 gezeigten Ausführungsform wird die Absicht der Fahrzeugbedienungsperson als eine Eingabe zusammen mit dem gefilterten Vorderradlenkwinkel D_f', der Longitudinalgeschwindigkeitsangabe V_x und dem Steuerkreisvorwärtskopplungslenkbefehl Dr(OL) auf das Referenzkartenmodell angewendet. r(des) = freference model(Df', Vx, Dr(OL), Id) Vy(des) = freference model(Df', Vx, Dr(OL), Id)
Der Anweisungsblock 222 betrifft die von der Steuereinheit 130 in 4 bereitgestellte Regelkreissteuerfunktion. Die Koeffizienten F3 und F4 werden bestimmt. Der Regelkreisfehlerterm wird als Funktion der Gier- und Lateral-Sollgeschwindigkeitsterme r(des), y(des) und der gemessenen Gier- und Lateral- und Longitudinalgeschwindigkeit (r, V_y und V_x) bestimmt. F3 = f(Vx) F4 = f(Vx) E(CL) = (r(des) – r)F3 + (Vy(des) – Vy)F4
Ein Regelkreisrückkopplungslenkbefehl Dr(CL) wird wiederum durch Anwenden des Regelkreisfehlerterms E(CL) auf eine Sättigungsfunktion bestimmt. Der Sättigungspunkt (Begrenzungspunkt) wird als eine Funktion der Longitudinalgeschwindigkeit V_x geplant. Der Regelkreislenkbefehl wird dazu verwendet, die Gier- und Lateral-Istgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit der Gier- und Lateral-Sollgeschwindigkeit zu bringen. Dr(CL) = fsaturation(E(CL))
Der Regelkreisrückkopplungslenkbefehl Dr(CL) und der Steuerkreisvorwärtskopplungsbefehl Dr(OL) werden durch eine von der Steuereinheit 130 in 4 bereitgestellte Summierungsoperation differenziert 224, um einen Hinterradlenkbefehl Dr(CMD) auszubilden. Dr(CMD) = Dr(CL) – Dr(OL)
Der Hinterradlenkbefehl Dr(CMD) wird auf die Hinterradaktuatoren angewendet, die wiederum die Hinterräder entsprechend positionieren.
Es versteht sich außerdem, dass die bevorzugte Ausführungsform zwar ein Fahrzeugsteuersystem sowohl mit Steuerkreisvorwärtskopplungs- als auch Steuerkreisrückkopplungselementen beschreibt, die vorliegende Offenbarung sich möglicherweise auf Fahrzeugsteuersysteme mit nur einem der Elemente, Variationen der Elemente oder keines der Elemente anwenden lässt.
7 veranschaulicht eine verbesserte Fahrzeugleistung, wobei ein mit einem Hinterradlenksystem ausgestattetes Fahrzeug die Absicht der Fahrzeugbedienungsperson genau interpretiert hat. Zu Zwecken der folgenden Beispiele ist das Fahrzeug mit einem von der Fahrzeugbedienungsperson betätigten Schalter zum direkten Übertragen der Absicht der Fahrzeugbedienungsperson zu dem Hinterradlenksystem ausgestattet. Ein erster Graph 250 zeigt die Gierrate für einen doppelten Spurwechsel bei Schneeglätte. Wie in Kurve 252 gezeigt wird eine hohe Gierrate verursacht, wenn das Hinterradlenksystem die Absicht der Fahrzeugbedienungsperson ungenau bestimmt, und zwar derart, dass sie darin besteht, den Steuerkurs des Fahrzeugs zu ändern. Es gibt jedoch eine signifikante Reduktion bei der Gierrate, wenn das Hinterradlenksystem die Absicht des Fahrers ordnungsgemäß dahingehend bestimmt, einen Spurwechsel zu durchqueren, wie in Kurve 254 gezeigt. Ein zweiter Graph 256 zeigt Lateralbeschleunigung für einen doppelten Spurwechsel bei Schneeglätte. Wie gezeigt bleibt die Lateralbeschleunigung des Fahrzeugs ähnlich, und zwar unabhängig davon, ob das Fahrzeugsteuersystem die Absicht der Fahrzeugbedienungsperson ungenau (Kurve 258) oder genau bestimmt (Kurve 260).
Ein dritter Graph 262 veranschaulicht den Aufwand, gemessen unter Verwendung von Handradbeschleunigung, der von der Fahrzeugbedienungsperson während eines doppelten Spurwechsels bei Schneeglätte gefordert wird. Wenn das Fahrzeugsteuersystem die Absicht der Fahrzeugbedienungsperson ungenau bestimmt, und zwar derart, den Steuerkurs des Fahrzeugs zu andern (Kurve 264), wird eine größere Handradbeschleunigung gemessen, als wenn das Hinterradlenksystem die Absicht der Fahrzeugbedienungsperson dahingehend genau bestimmt, eine Spur zu überqueren (Kurve 266). Im zweiten Fall braucht die Fahrzeugbedienungsperson keine übermäßigen mehrfachen Korrekturen vorzunehmen, um den Aufbau von Gierrate zu entfernen, der ansonsten eintreten würde.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann dieses System auch mit einem Fahrzeugspureinhaltesystem verwendet werden. Insbesondere können Sensoren an das Spureinhaltesystem Informationen hinsichtlich Zuständen der Straße liefern, wie etwa (aber nicht beschränkt auf) aktuelle Krümmung, Anzahl der Spuren oder sogar benachbarter Verkehr.
Das offenbarte Verfahren kann in Form von computerimplementierten Prozessen und Vorrichtungen zum Praktizieren dieser Prozesse verkörpert sein. Das Verfahren kann auch in Form eines Computerprogrammcodes verkörpert sein, das Anweisungen enthält, die in greifbaren Medien, wie Floppy-Disketten, CD-ROMs, Festplattenlaufwerken oder irgendeinem anderen computerlesbaren Speichermedium, verkörpert sind, wobei, wenn der Computerprogrammcode in einen Computer geladen und von diesem ausgeführt wird, der Computer eine Vorrichtung wird, die in der Lage ist, das Verfahren auszuführen. Das vorliegende Verfahren kann auch in Form von Computerprogrammcode verkörpert sein, ob beispielsweise in einem Speichermedium gespeichert, in einen Computer geladen und/oder von diesem ausgeführt, oder als ein Datensignal, das, ob modulierte Trägerwelle oder nicht, über ein gewisses Übertragungsmedium übertragen wird, wie etwa über elektrische Verdrahtung oder Verkabelung, durch Faseroptik oder über elektromagnetische Strahlung, wobei, wenn der Computerprogrammcode in einen Computer geladen und von diesem ausgeführt wird, der Computer eine Vorrichtung wird, die in der Lage ist, das Verfahren auszuführen. Bei Implementierung auf ein Allzweckmikroprozessor konfigurieren die Computerprogrammcodesegmente den Mikroprozessor, spezifische Logikschaltungen herzustellen.
Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, versteht der Fachmann, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente für Elemente davon substituiert werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Außerdem können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von dem essenziellen Schutzbereich davon abzuweichen. Deshalb soll die Erfindung nicht auf die jeweilige Ausführungsform beschränkt sein, die als die beste Art offenbart ist, die für das Durchführen der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen wird, sondern dass die Erfindung alle in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallenden Ausführungsformen enthält.

Claims

Steuersystem, geeignet zur Verwendung in einem Fahrzeug (110), umfassend: – eine Steuereinheit (130), die ein Hinterradlenksystem oder ein Vierradlenksystem implementiert, wobei die Steuereinheit (130) in der Lage ist, Computerprogramme auszuführen, wobei die Fahrzeugsteuersystemeinheit (130) in der Lage ist, digitale Signale zu empfangen; und – mindestens einen Sensor (137), geeignet zum Übertragen von Datensignalen an die Steuereinheit (130); – wobei die Steuereinheit (130) geeignet ist, um einen Antwortbefehl in Relation zu den empfangenen Datensignalen und mindestens einem der folgenden zu entwickeln: Longitudinalgeschwindigkeit, Lateralgeschwindigkeit, Handradgeschwindigkeit, Gierrate oder Handradwinkel, wobei die Steuereinheit (130) geeignet ist, um ein von dem Sensor (137) als ein Datensignal empfangenes Signal (I_d) zu verarbeiten, das eine Absicht einer Fahrzeugbedienungsperson anzeigt, einen Spurwechsel vorzunehmen oder den Steuerkurs des Fahrzeugs zu ändern, und die Steuereinheit (130) geeignet ist zum Unterscheiden der Aktion des Drehens des Handrads (116) zum Durchführen eines Spurwechsels von der Aktion des Drehens des Handrads (116) zum Ändern des Steuerkurses des Fahrzeugs (110) durch Verwenden des Signals (I_d) zum Einstellen des Fahrzeugsteu ersystems durch Anwendung einer jeweiligen Referenzmodellfunktion aufgrund des Signals (I_d), dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (137) enthält: entweder eine Sichtdetektionseinrichtung, die in der Lage ist, den Weg der Straße unmittelbar vor dem Fahrzeug (110) anzuzeigen, oder eine erste Einrichtung innerhalb des Fahrzeugs (110), geeignet zum Kommunizieren mit einer zweiten Einrichtung außerhalb des Fahrzeugs (110), wobei Informationen hinsichtlich Fahrbahnzuständen, wie etwa Straßenkrümmung oder Kreuzungen, bereitgestellt werden, wobei das Signal (I_d) aus dem Interpretieren der angezeigten Fahrbahnzustände abgeleitet werden kann.
System nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeugsteuersystem eine Steuerkreisvorwärtskopplung und eine Regelkreisrückkopplung enthält.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (130) ein Hinterradlenksystem implementiert, wobei das Hinterradlenksystem einen Steuerkreislenkbefehl in Relation zu einer Darstellung einer Fahrzeuglongitudinalgeschwindigkeit und in Relation zu einer Darstellung eines Fahrzeughandradwinkels entwickelt, wobei die Handradwinkel- und Longitudinalgeschwindigkeitsdarstellung empfangene Datensignale umfassen; wobei das Hinterradlenksystem geeignet ist, um einen Regelkreislenkbefehl zu entwickeln durch das Geeignetsein zum (1) Erzeugen von Gier- und Lateralgeschwindigkeitsbefehlen in Relation zu dem Steuerkreislenkbefehl, (2) Bestimmen der Gier- und Longitudinal-Istgeschwindigkeit des Fahrzeugs, und (3) Entwickeln eines Regelkreislenkbefehls in Relation zu der Abweichung der Gier- und Lateral-Istgeschwindigkeit aus der befohlenen Gier- und Lateralgeschwindigkeit; wobei das Hinterradlenksystem geeignet ist, um einen Lenkbefehl entsprechend dem Steuerkreis- und Regelkreislenkbefehl zu entwickeln; und ein Aktuatormittel zum Lenken der Hinterräder des Fahrzeugs gemäß dem Lenkbefehl.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Datensignale weiterhin mindestens eines der folgenden ausgebreiteten Signale umfassen: elektrische Signale, optische Signale oder elektromagnetische Signale.
Verfahren zum Einstellen eines Fahrzeugsteuersystems zur Verwendung in einem Fahrzeug (110), umfassend: Unterscheiden der Aktion des Drehens eines Handrads (116) zum Ausführen eines Spurwechsels von der Aktion des Drehens des Handrads (116) zum Ändern des Steuerkurses des Fahrzeugs unter Verwendung mindestens eines Sensors (137), wobei der Sensor (137) in der Lage ist zum Übertragen eines Datensignals (I_d), das eine Absicht einer Fahrzeugbedienungsperson anzeigt, an eine Steuereinheit (130) durch den Sensor (137) einschließlich entweder einer Sichtdetektionseinrichtung, die in der Lage ist, den Weg der Straße unmittelbar vor dem Fahrzeug (110) anzuzeigen, oder einer ersten Einrichtung innerhalb des Fahrzeugs (110), die geeignet ist, um mit einer zweiten Einrichtung außerhalb des Fahrzeugs (110) zu kommunizieren, und durch Bereitstellen von Informationen hinsichtlich Fahrbahnzuständen, wie etwa Straßenkrümmung oder Kreuzungen, wobei das Signal (I_d), das die Absicht der Fahrzeugbedienungsperson anzeigt, aus dem Interpretieren der angezeigten Fahrbahnzustände abgeleitet wird, und durch Bereitstellen von Informationen hinsichtlich Aktionen der Fahrzeugbedienungsperson, wobei das Signal (I_d), das die Absicht der Fahrzeugbedienungsperson anzeigt, aus dem Interpretieren eines von dem Mittel erzeugten Ausgangs abgeleitet wird; Erzeugen eines Fahrzeugsteuersystem-Antwortbefehls in Relation zu einer Darstellung der Unterscheidung und mindestens einem der folgenden: Longitudinalgeschwindigkeit, Lateralgeschwindigkeit, Handradgeschwindigkeit, Gierrate oder Handradwinkel, wobei die Darstellung empfangene Datensignale umfasst; und Verwenden des Antwortbefehls zum Steuern einer ein Hinterradlenksystem oder ein Vierradlenksystem implementierenden Steuereinheit (130) durch Verwenden einer jeweiligen Referenzmodellfunktion aufgrund der Unterscheidung.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Fahrzeugsteuersystem eine Steuerkreisvorwärtskopplung und eine Regelkreisrückkopplung enthält.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Fahrzeugsteuereinheit (130) ein Hinterradlenksystem implementiert, umfassend: Entwickeln eines Steuerkreislenkbefehls in Relation zu einer Darstellung einer Fahrzeuglongitudinalgeschwindigkeit und in Relation zu einer Darstellung eines Fahrzeughandradwinkels, wobei die Handradwinkel- und Longitudinalgeschwindigkeitsdarstellung empfangene Datensignale umfassen; Entwickeln eines Regelkreislenkbefehls, weiter umfassend: (1) Erzeugen von Gier- und Lateralgeschwindigkeitsbefehlen in Relation zu dem Steuerkreislenkbefehl, (2) Bestimmen der Gier- und Longitudinal-Istgeschwindigkeit des Fahrzeugs, und (3) Entwickeln eines Regelkreislenkbefehls in Relation zu der Abweichung der Gier- und Lateral-Istgeschwindigkeit von der befohlenen Gier- und Lateralgeschwindigkeit; Entwickeln eines Lenkbefehls gemäß dem Steuerkreis- und Regelkreislenkbefehl; und Lenken der Hinterräder des Fahrzeugs gemäß dem Lenkbefehl.
Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei die Datensignale weiterhin mindestens eines der folgenden ausgebreiteten Signale umfassen: elektrische Signale, optische Signale oder elektromagnetische Signale.
Herstellungsartikel, umfassend: ein von einem Computer verwendbares Medium mit von einem Computer lesbarem Programmcode, das das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8 implementierend, wenn das Programm auf einem Computer läuft.
Computerprogramm mit einem Programmcode zum Implementieren des Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wenn das Programm auf einem Computer läuft.