DE19808100B4

DE19808100B4 - Lenksystem für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE19808100B4
Application number: DE19808100A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Yokohama Mouri; Hiroyuki Yokosuka Furusho
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2018-02-27
Also published as: GB2322608A; DE19808100A1; GB9803728D0; KR100298134B1; JPH10236330A; JP3687252B2; GB2322608B; US6050359A; KR19980071817A

Abstract

Fahrzeuglenksystem für Kraftfahrzeuge, welches umfaßt:
einen ersten Lenkmechanismus (1) zum Lenken von wenigstens einem Vorderrad (23) entsprechend einer manuellen Drehung eines Lenkrads (5);
einen zweiten Lenkmechanismus (3) zum vom ersten Lenkmechanismus (1) unabhängigen Lenken des Vorderrads oder wenigstens eines der Hinterräder (85) des Fahrzeugs mit einem Stellglied (61);
eine Auswahlvorrichtung (75), um dem Fahrer zu ermöglichen, einen manuellen Lenkmodus entsprechend dem ersten Lenkmechanismus (1) oder einen automatischen Lenkmodus entsprechend dem zweiten Lenkmechanismus (3) auszuwählen;
eine Steuerungsvorrichtung (73) zum Durchführen einer automatischen Steuerung zur automatischen Steuerung des Stellglieds (61) des zweiten Lenkmechanismus (3) entsprechend Informationen über die Fahrumgebung des Fahrzeugs, wenn der automatische Lenkmodus ausgewählt ist;
eine Haltevorrichtung (11, 13a, 13b, 37, 41, 49, 55) zum Halten des Lenkwinkels des ersten Lenkmechanismus (1), während der zweite Lenkmechanismus (3) zum Lenken des Vorderrads oder des Hinterrads (85) des Fahrzeugs in Betrieb ist; und
eine Neutralpositionserkennungsvorrichtung...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeuglenksystem mit einem manuellen Lenkmodus und einem automatischen Lenkmodus.
Die JP 4-38266 A legt ein herkömmliches derartiges Lenksystem offen, wie es in 10 gezeigt ist.
Das in 10 gezeigte Fahrzeuglenksystem besitzt einen ersten und einen zweiten Lenkmechanismus 1 und 3. Der erste Mechanismus 1 umfaßt ein Lenkrad 5, eine Lenkwelle 7, ein Ritzel 9, eine Zahnlenkstange 11, eine Zylindereinheit 13 zur Lenkkraftverstärkung und einen Hydraulikkreislauf 15. Der zweite Lenkmechanismus 3 umfaßt einen Servomotor 17 zum Antreiben der Lenkwelle 7 und eine automatische Lenksteuerungseinheit 19 zum Steuern des Servomotors 17. Wenn der Fahrer das Lenkrad 5 dreht, steuert der erste Mechanismus 1 die linken und rechten Vorderräder 21 und 23, und der Hydraulikkreislauf 15 erzeugt eine Lenkkraftunterstützung, indem er Hydrauliköl in eine der beiden Kammern 13a und 13b der Zylindereinheit 13 leitet. Auf der anderen Seite kann die Steuerungseinheit 19 durch Antreiben des Servomotors die Lenkwelle 7 drehen und die Vorderräder automatisch lenken, ohne daß ein Fahrer von Hand in den Lenkvorgang mittels des Lenkrads 5 eingreift.
Jedoch ist dieses Lenksystem wegen seine Aufbaus, der solchermaßen ist, daß die Lenkwelle 7 sowohl im manuellen als auch im automatischen Modus gedreht wird, nicht in der Lage, den Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1 während des automatischen Lenkvorgangs des zweiten Lenkmechanismus 3 festzuhalten. Daher führt dieses Lenksystem leicht zu einem unnatürlichen Gefühl, wenn das Lenksystem von dem manuellen zum automatischen Modus umgeschaltet wird. In dem automatischen Modus wird das Lenkrad 5 automatisch gedreht, und dies verursacht bei den Fahrgästen ein unkomfortables Gefühl.
Aus den Dokumenten DE 22 24 205 A und US 5 234 070 A ist ein Fahrzeuglenksystem für Kraftfahrzeuge bekannt, mit einem ersten Lenkmechanismus zum Lenken von wenigstens einem Vorderrad, entsprechend einer manuellen Drehung eines Lenkrads, einem zweiten Lenkmechanismus zum vom ersten Lenkmechanismus unabhängigen Lenken des Vorderrads des Fahrzeugs mit einem Stellglied, einer Auswahlvorrichtung, um dem Fahrer zu ermöglichen, einen manuellen Lenkmodus entsprechend dem ersten Mechanismus, oder einen automatischen Lenkmodus entsprechend dem zweiten Lenkmechanismus, auszuwählen, und einer Steuerungsvorrichtung zum Durchführen einer automatischen Steuerung zur automatischen Steuerung des Stellglieds des zweiten Lenkmechanismus entsprechend Informationen über die Fahrumgebung des Fahrzeugs, wenn der automatische Lenkmodus gewählt ist.
Die Dokumente DE 22 24 205 A und US 5 234 070 A offenbaren weiterhin ein Steuerungssystem für Fahrzeuge mit Rädern, mit einem Lenksystem, das einen ersten Lenkmechanismus zum Ändern eines Vorderradlenkwinkels entsprechend der Eingabe eines Fahrers mittels eines Lenkrads, und einen zweiten Lenkmechanismus zum Ändern des Vorderradlenkwinkels des Fahrzeugs entsprechend einem Steuerungssignal zum Lenken des Fahrzeugs umfaßt, einem Modusauswahlschalter zum Auswählen entweder eines manuellen Lenkmodus oder eines automatischen Lenkmodus, einem Sensorabschnitt zum Sammeln von Informationen über das Fahrzeug, und einem Kontrollerabschnitt zum automatischen Lenken des Fahrzeugs entsprechend den von dem Sensorabschnitt gesammelten Informationen, indem ein Steuerungssignal an den zweiten Lenkmechanismus gesendet wird, wenn der automatische Lenkmodus durch den Auswahlschalter ausgewählt ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeuglenksystem zu schaffen, das einen glatten Übergang zwischen einem manuellen Lenkmodus und einem automatischen Lenkmodus besitzt und einen günstigen Fahrkomfort bietet.
Diese Aufgabe wird entsprechend der vorliegenden Erfindung durch die in den Patentansprüchen 1 und 11 angegebenen Merkmale gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Fahrzeuglenksystem für Kraftfahrzeuge:
einen ersten Lenkmechanismus zum Lenken von wenigstens einem Vorderrad entsprechend einer manuellen Drehung eines Lenkrads;
einen zweiten Lenkmechanismus zum vom ersten Lenkmechanismus unabhängigen Lenken des Vorderrads oder wenigstens eines der Hinterräder des Fahrzeugs mittels eines Stellglieds;
einen Auswahlmechanismus, um dem Fahrer zu ermöglichen, einen manuellen Lenkmodus entsprechend dem ersten Lenkmechanismus oder einen automatischen Lenkmodus entsprechend dem zweiten Lenkmechanismus auszuwählen;
eine Steuerungsvorrichtung zum Durchführen einer automatischen Steuerung zur automatischen Steuerung des Stellglieds des zweiten Lenkmechanismus entsprechend Informationen über die Fahrumgebung des Fahrzeugs, wenn der automatische Lenkmodus ausgewählt ist;
eine Haltevorrichtung zum Halten des Lenkwinkels des ersten Lenkmechanismus, während der zweite Lenkmechanismus zum Lenken des Vorderrads oder des Hinterrads des Fahrzeugs in Betrieb ist; und
eine Neutralpositionserkennungsvorrichtung zum Erkennen eines Zustands des ersten Lenkmechanismus, um festzustellen, ob sich der erste Lenkmechanismus in einer neutralen Lenkposition befindet, und um der Steuerungsvorrichtung zu ermöglichen, die automatische Lenkung im automatischen Lenkmodus nur dann durchzuführen, wenn sich der erste Lenkmechanismus in der neutralen Position befindet.
Dieses Fahrzeugslenksystem kann den ersten Lenkmechanismus 1 während des Betriebs der automatischen Lenkung in der neutralen Geradeausposition halten. Daher kann dieses Fahrzeuglenksystem, auch wenn das Lenksystem während einer Kurvenfahrt von dem manuellen Modus in den automatischen Modus umgeschaltet wird, den ersten Lenkmechanismus 1 in der neutralen Position halten und den automatischen Lenkvorgang auch nach der Kurvenfahrt glatt weiterführen.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeuglenksystems nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2 eine Kurve, die einen Steuerungsvorgang des Fahrzeuglenksystems der 1 zeigt.
3 ein Flußdiagramm eines Steuerungsvorgangs in einem ersten Beispiel entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel,
4 ein Flußdiagramm eines Steuerungsvorgangs in einem zweiten Beispiel entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel,
5 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung des Schritts S43 der 4,
6 eine schematische Ansicht eines Fahrzeuglenksystems nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
7 eine Kurve, die einen Steuerungsvorgang des Fahrzeuglenksystems der 6 zeigt,
8A eine schematische Ansicht, die die von dem Fahrzeuglenksystem der 6 gelenkten Vorder- und Hinterräder zeigt,
8B eine schematische Ansicht, die eine seitliche Bewegung des Fahrzeugs zeigt, die das Lenksystem der 6 verhindern kann,
9 eine schematische Ansicht eines Fahrzeuglenksystems nach einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
10 eine schematische Ansicht, die ein herkömmliches Lenksystem zeigt.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 zeigt ein Fahrzeuglenksystem nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Lenksystem der 1 ist ein System zum Lenken eines Kraftfahrzeugs und umfaßt einen ersten Lenkmechanismus 1 und einen zweiten Lenkmechanismus 3.
Die Hauptkomponenten des ersten Lenkmechanismus 1 sind: ein Lenkrad 5, eine Lenkwelle 7, ein Ritzel 9, eine Zahnlenkstange 11 und ein Lenkstangengehäuse 25. Das Ritzel 9 und die Zahnlenkstange 11 werden von dem Gehäuse 25 gehalten. Ein Drehstab 27 ist zwischen der Lenkwelle 7 und dem Ritzel 9 angeordnet.
Ein Lenkwinkelsensor 29 ist auf der Lenkwelle 7 angeordnet. Der Lenkwinkelsensor 29 dient als Neutralpositionserkennungsvorrichtung zum Erkennen einer neutralen Lenkposition des ersten Lenkmechanismus 1.
Das linke und das rechte Ende der Zahnlenkstange 11 sind mit einer linken beziehungsweise rechten Schubstange 31 verbunden. 1 zeigt der Einfachheit halber nur die rechte Seite. Sowohl auf der linken als auch auf der rechten Seite ist die Schubstange 31 über einen Gelenkarm 33 mit einer Achse 35 verbunden, die ein Vorderrad 23 trägt.
Das Lenkstangengehäuse 25 umfaßt einen Kolben 37, der fest an der Lenkzahnstange 11 montiert ist und auf der linken und rechten Seite des Kolbens 37 die linke und die rechte Hydraulikölkammer 13a und 13b einer Lenkkraftverstärker-Zylindereinheit 13 bildet. Die linken und rechten Druckkammern 13a und 13b sind über linke und rechte Röhrenanordnungen 43 und 45 über ein Lenkkraftverstärkerventil 47, das zwischen den linken und rechten Röhrenanordnungen 43 und 45 angeordnet ist, und ein Verriegelungsventil 49 mit einem Hydrauliköltank 41 verbunden. Die linken und rechten Röhrenanordnungen 43 und 45 besitzen Öldrucksensoren 51 und 53 zum Feststellen des entsprechenden Hydrauliköldrucks. Das Verriegelungsventil 49 ist ein Ventil des normalerweise offenen Typs, das dazu dient, daß das Lenkrad 5 im Falle einer Unterbrechung in einer Signalleitung oder einer Spannungsversorgungsleitung blockiert. Eine Lenkkraftverstärkerpumpe 55 ist vorgesehen, um das Hydrauliköl von dem Tank 41 in die Druckkammern 13a und 13b zu leiten.
Mit diesem Aufbau bildet der erste Lenkmechanismus 1 einen Lenkkraftverstärkermechanismus. In diesem Beispiel bilden das Verriegelungsventil 49, die linken und rechten Druckkammern 13a und 13b der Zylindereinheit 13 und die Pumpe 55 eine Vorrichtung oder einen Bereich zum Halten des Lenkwinkels des ersten Lenkmechanismus 1.
Das Lenkstangengehäuse 25 ist mit einer Ausstülpung 57 geformt, die in einer Ausschlagbegrenzungsvorrichtung 59 angeordnet ist. Die Ausschlagbegrenzungsvorrichtung 59 ist an dem Fahrzeugskörper befestigt und dient als Begrenzungsvorrichtung.
Der zweite Lenkmechanismus 3 umfaßt ein Lenkstellglied 61, das in diesem Beispiel ein hydraulisches Stellglied ist. Das Stellglied 61 besitzt einen Lenkkolben, der linke und rechte Lenkhydrauliköldruckkammern 65a und 65b unterteilt. Der Lenkkolben 63 ist über eine Verbindungsstange 67 mit einem an dem Lenkstangengehäuse 25 befestigten Steg 69 verbunden.
Die linken und rechten Druckkammern 65a und 65b des Lenkstellglieds 61 sind über ein Servoventil 71 mit dem Öltank 41 verbunden. Es ist möglich, das Servoventil 71 durch einen elektrischen Motorantrieb zu ersetzen.
Ein Kontrollerabschnitt steuert das Servoventil 71 und das Verriegelungsventil 49 entsprechend von einem Eingabebereich erhaltener Information. Der Kontrollerabschnitt dieses Beispiels umfaßt einen Kontroller 73, der mit dem Eingabebereich verbunden ist. Der Eingabebereich umfaßt einen Sensorbereich, der in diesem Beispiel zusätzlich zu dem Lenkwinkelsensor 29 einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 77 und einen Bildsensor (eine CCD-Kamera) 79 umfaßt. Der Kontroller 73 erhält Informationen von diesen Vorrichtungen. Der Kontroller 73 sendet ein Ausgabesignal zu einer Ausgabevorrichtung, die in diesem Beispiel ein Lautsprecher 81 ist.
Der Eingabebereich umfaßt weiterhin einen Modusauswahlschalter 75, der als Auswahlvorrichtung zum Schalten zwischen einem manuellen Lenkmodus entsprechend dem ersten Lenkmechanismus 1 und einem automatischen Lenkmodus entsprechend dem zweiten Lenkmechanismus 3 dient. Mit dem Modusauswahlschalter 75 kann der Fahrer das Lenksystem zwischen dem manuellen Modus und dem automatischen Modus hin- und herschalten. Der Modusauswahlschalter 75 besitzt einen manuellen Auswahlzustand zur Auswahl des manuellen Lenkmodus und einen automatischen Auswahlzustand zur Auswahl des automatischen Lenkmodus.
Der Bildsensor 79 erzeugt Bilder eines Bereichs vor dem Fahrzeug, und der Kontroller 73 erhält von dem Bildsensor 79 Informationen über die Fahrumgebung des Fahrzeugs. Zum Beispiel bestimmt der Kontroller 73 eine seitliche Abweichung oder eine seitliche Position des Fahrzeugs bezüglich eines vorne befindlichen Zielpunkts aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Position einer weißen Linie, die auf die Straße gemalt ist, um die Begrenzung einer Spur zu markieren. Zum Beispiel kann der Kontroller 73 die seitliche Position des Fahrzeugs bezüglich einer Spur aus dem horizontalen Abstand zwischen der Position einer weißen Linie in einem von der Kamera aufgenommen Bild und der Mitte des Bildes entlang einer vorgegebenen horizontalen Linie bestimmen. Der Kontroller 73 gibt ein Ausgangssignal an den Lautsprecher 81 und ein Verriegelungs-(oder Halte-)befehlssignal an das Verriegelungsventil 49 aus.
Das Lenksystem arbeitet wie folgt:
Wenn der Fahrer das Lenkrad 5 von Hand dreht und der Modusauswahlschalter 75 in den manuellen Auswahlzustand gesetzt ist, dreht sich die Lenkwelle 7 mit dem Lenkrad 5. Die Rotation wird über den Drehstab 27 auf das Ritzel 9 übertragen. Der Zahnstangen- und Ritzelmechanismus des Ritzels 9 und der Zahnlenkstange 11 wandelt die Drehung in eine Translationsbewegung der Zahnlenkstange 11 nach links oder rechts um. Die Schubstangen 31, die Gelenkarme 33 und die Achsen 35 wandeln die Translationsbewegung des Lenkstangenelements 11 wieder in eine Rotation um und lenken die linken und rechten Vorderräder. (1 zeigt nur das rechte Vorderrad 23.) Inzwischen wird der Drehstab 27 durch ein Selbstausrichtungsdrehmoment verdreht, das von den linken und rechten Vorderrädern und dem von dem Fahrer über das Lenkrad 5 eingegebenen Lenkdrehmoment erzeugt wird, und das Lenkkraftverstärkerventil 47 erzeugt einen Öldruck entsprechend dem Verdrehungswinkel des Drehstabs 27. Durch Zufuhr und Abfluß diese Öldrucks zu und von den Druckkammern 13a und 13b erzeugt das Lenkkraftver stärkerventil 47 einen Druckunterschied zwischen der linken und der rechten Kammer 13a und 13b, und der Kolben 37 erzeugt eine Unterstützungskraft, wenn er diesen Druckunterschied erhält. Somit kann der Fahrer die Vorderräder mit geringerer Anstrengung lenken.
Wenn der Modusauswahlschalter 75 betätigt wird, um von dem manuellen Lenkmodus in den automatischen Lenkmodus umzuschalten, führt der zweite Lenkmechanismus 3 den automatischen Lenkvorgang durch. Bei dem automatischen Lenkmodus legt der Kontroller 73 das Lenksteuerungssignal an das Servoventil 71 und das Verriegelungs-(Halte-)Befehlssignal an das Verriegelungsventil 49 an. In Antwort auf das Verriegelungsbefehlssignal bewegt sich das Verriegelungsventil 49 in 1 nach rechts von einer in 1 gezeigten, offenen Position in eine geschlossene Position. In der geschlossenen Position schließt das Verriegelungsventil 49 das Arbeitshydrauliköl in den Druckkammern 13a und 13b ein und hält somit den Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1 fest, indem die Zahnlenkstange 11 und das Ritzel 9 bezüglich dem Lenkstangengehäuse 25 festgehalten werden. In diesem Beispiel bilden daher das Lenkstangengehäuse 25, die Zahnlenkstange 11, der Kolben 37, die linke und die rechte Druckkammer 13a und 13b, der Hydrauliköltank 41, das linke und das rechte Röhrensystem 43 und 45 und das Verriegelungsventil 49 die Haltevorrichtung zum Halten des Lenkwinkels des ersten Lenkmechanismus 1. Während das Verriegelungsventil 49 in der geschlossenen Position das Öl einschließt, fließt das Öl von der Pumpe 55 in das Lenkkraftverstärkerventil 47 und zurück in den Öltank 41, ohne den Öldruck zu erhöhen.
In diesem Zustand steuert das Servoventil 71 die Position des Lenkkolbens 63, indem es die Zufuhr und den Abfluß des Hydrauliköls zu und aus der linken und rechten Lenkdruckkammer 65a und 65b steuert. Der Lenkkolben 63 bewegt daher das Lenkstangengehäuse 25 über die Verbindungsstange 67 und den Steg 69 nach rechts und nach links.
Durch diese Bewegung des Lenkstangengehäuses 25 bewegt sich die Zahnlenkstange 11, die bezüglich des Gehäuses 25 festgehalten wird, als eine Einheit und lenkt automatisch das rechte und das linke Vorderrad.
Wenn der Modusauswahlschalter 75 von dem manuellen Auswahlzustand 1 in den automatischen Auswahlzustand 3 bewegt wird, liest der Kontroller 73 den von dem Lenkwinkelsensor 29 festgestellten Lenkwinkel und ermöglicht den Moduswechsel von dem manuellen Modus zu dem automatischen Modus nur dann, wenn das Lenkrad 5 in der neutralen (Geradeaus-)Position ist. Dann wird das Lenksystem in den automatischen Lenkmodus gebracht, und der Kontroller 73 führt die automatische Lenksteuerung mittels des Servoventils 71 und des Lenkstellglieds 61 entsprechend der Eingabeinformation über die Fahrumgebung des Fahrzeugs nur dann durch, wenn sich der Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1 in einem vorgegebenen, neutralen Bereich befindet, der der Geradeausposition des Lenkrads des ersten Lenkmechanismus 1 entspricht. Das Lenksystem dieses Beispiels verhindert aus den nachfolgenden Gründen den automatischen Lenkmodus, wenn sich das Lenkrad 5 nicht in der neutralen Position befindet.
Wenn man annimmt, daß das Lenkstellglied 61 den Lenkwinkel der Vorderräder in einem Bereich von ±2° steuern kann und daß das Lenkverhältnis 20 ist, ist der steuerbare Bereich ±40° für den Lenkradwinkel. Wenn der automatische Modus bei einem Lenkradwinkel von 20° nach rechts begonnen würde, würde der steuerbare Lenkwinkelbereich von 60° nach rechts bis zu 0° nach links betragen, und eine Linkskurve wäre im automatischen Modus unmöglich. Daher könnte der Beginn des automatischen Lenkmodus bei Lenkwinkeln außerhalb des neutralen Lenkwinkelbereichs den Spurfolgevorgang beim Fahren in einer geraden Spur negativ beeinflussen. Ein derartiger negativer Einfluß macht eine Modusveränderung während einer Kurvenfahrt schwierig.
Das Fahrzeuglenksystem dieses Beispiels ermöglicht jedoch den Wechsel in den automatischen Modus auch während einer Kurvenfahrt, und ermöglicht, die Erwartungen des Fahrers zu erfüllen, indem es zum Beispiel dem Fahrer ermöglicht, einen Telephonanruf während einer Kurvenfahrt zu beantworten. Das Fahrzeuglenksystem dieses Beispiels sorgt dafür, daß sich der Fahrer wohl fühlt, indem es den Fahrer über den Zustand des Lenksystems von dem Umschaltvorgang des Modusauswahlschalters 75 bis zum Beginn der automatischen Steuerung informiert.
Das Lenksystem nach diesem Ausführungsbeispiel ermöglicht daher das Umschalten in den Automatikmodus nur dann, wenn sich der Lenkradwinkel in einem vorgegebenen, neutralen Bereich um die Null herum befindet. Zum Beispiel beträgt dieser Bereich θ₀ = ±5°.
Wenn der Fahrer den Modusauswahlschalter 75 während der Fahrt auf einer kurvenreichen Straße, bei der sich der Lenkradwinkel außerhalb des neutralen Bereichs befindet, in den automatischen Auswahlzustand bringt, kann der Kontrollerabschnitt dieses Steuerungssystems den folgenden Steuerungsvorgang durchführen.
Zunächst verzögert der Kontroller 73 den Umschaltvorgang zum automatischen Lenkmodus, bis der Fahrer das Lenkrad 5 wieder in die neutrale Position bringt. Der Kontroller 73 wartet in einem Bereitschaftszustand, ohne den automatischen Modus zu beginnen, bis der Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1 wieder in den neutralen Bereich kommt. In diesem Bereitschaftszustand sendet der Kontroller 73 ein Ausgabesignal an den Lautsprecher 81 und teilt dem Fahrer durch eine Nachricht mit, daß eine Spurfolgesteuerung nicht möglich ist.
Der Kontroller 73 und der Lautsprecher 81 dienen als Führungsvorrichtung, um die Rückkehr des Lenkrads in die neutrale Geradeausposition zu beschleunigen oder den Fahrer zu veranlassen, das Lenkrad in die neutrale Position zurückzubringen. Die Führungsvorrichtung zum Beschleunigen der Rückkehr des Lenkrads in diesem Ausführungsbeispiel teilt dem Fahrer mit, daß sich der Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1 außerhalb des neutralen Bereichs befindet und daß ein Übergang von dem manuellen Modus in den automatischen Modus nicht möglich ist.
Danach erhöht der Kontroller 73 den Hilfslenkwinkel des zweiten Lenkmechanismus 3 schrittweise auf einen Winkel δ₀, der erforderlich ist, um einer kurvigen Spur ohne die Hilfe des ersten Lenkmechanismus zu folgen. In diesem Beispiel erzeugt das Lenksteuerungssystem den Lenkwinkel δ₀ für die Vorderräder, der notwendig ist, um einer gekurvten Straße nur mit dem zweiten Lenkmechanismus 3 in einem Zustand zu folgen, in dem sich der erste Lenkwinkel im neutralen Bereich befindet. Unter der Steuerung des Kontrollers 73 teilt der Lautsprecher 81 die Nachricht "Das System wird bald den automatischen Modus starten." oder die Nachricht "Der automatische Lenkmodus ist nur in der Geradeausposition des Lenkrads möglich. Bringen Sie bitte das Lenkrad langsam in die Geradeausposition, ohne von der Spur abzuweichen." mit.
Folglich bringt der Fahrer das Lenkrad 5 in die neutrale Position, um zu verhindern, daß das Fahrzeug vom gekrümmten Verlauf der Spur abkommt. Zu dem Zeitpunkt, zu dem das Lenkrad in den neutralen Bereich zurückkommt, bringt der Kontroller 73 das Verriegelungsventil 49 in die geschlossene Position, um das Öl in der linken und der rechten Druckkammer 13a und 13b einzuschließen und dadurch den Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1 fest in dem neutralen Bereich zu halten. Danach kann der Kontroller 73 die automatische Lenksteuerung mit dem zweiten Lenkmechanismus 3 glatt durchführen, ohne einen negativen Einfluß von dem Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1 zu erfahren.
2 zeigt diese Steuerungsvorgänge. Die vertikale Achse der 2 stellt den Lenkwinkel θ der Vorderräder dar, und die Zeit t wird entlang der horizontalen Achse gemessen. Eine Linie P zeit die Änderung des Lenkwinkels der Vorderränder aufgrund des manuellen Lenkvorgangs durch den Fahrer mittels des ersten Lenkmechanismus 1. Eine Linie Q zeigt die Änderung des Lenkwinkels der Vorderräder aufgrund des automatischen Lenkvorgangs des zweiten Lenkmechanismus 3. In diesem Beispiel schaltet der Fahrer den Modusauswahlschalter 75 zu einem Zeitpunkt A von dem manuellen Modus in den automatischen Modus um, während sich der Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1 außerhalb des neutralen Bereichs befindet, wie durch die Linie P gezeigt. Der Kontroller 73 erhöht den Lenkwinkel des zweiten Lenkmechanismus 3 schrittweise, wie durch die Linie Q gezeigt, und der Fahrer bringt das Lenkrad 5 schrittweise in die neutrale Position zurück. Zu einem Zeitpunkt B wird der Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1 kleiner als der Grenzwert θ₀ des neutralen Bereichs, wonach der Kontroller 73 den Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1 konstant hält und die automatische Steuerung des zweiten Lenkmechanismus 3 startet.
3 zeigt einen Steuerungsvorgang in einem ersten Beispiel entsprechend der ersten Ausführungsform.
In einem Schritt S1 überprüft der Kontroller 73, ob der automatische Modus ausgewählt ist oder nicht, indem das Signal des Modusauswahlschalters 75 überprüft wird. Wenn der automatische Lenkmodus nicht ausgewählt ist, geht der Kontroller zu einem Schritt S2 und behält den manuellen Lenkmodus bei.
Wenn der automatische Lenkmodus ausgewählt ist, geht der Kontroller 73 zu einem Schritt S3 und überprüft in Schritt S3, ob der Absolutwert des Lenkradwinkels θ, der von dem Lenkwinkelsensor 29 festgestellt wird, niedriger ist als ein vorgegebener Grenzwert θ₀ Wenn der Absolutwert des Lenkradwinkels θ nicht kleiner als der vorgegebene Grenzwert θ₀ ist, wenn sich also der Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1 außerhalb des neutralen Bereichs von ±θ₀ befindet, geht der Kontroller 73 von Schritt S3 zu Schritt S1 zurück.
Wenn der festgestellte Lenkradwinkel θ nach links oder nach rechts kleiner als θ₀ ist, wenn sich also der festgestellte Lenkradwinkels θ innerhalb des neutralen Bereichs befindet, geht der Kontroller 73 von Schritt S3 zu einem Schritt S4. In Schritt S4 verriegelt der Kontroller 73 das Lenkrad 5 (oder halt das Lenkrad 5 unbeweglich fest) und führt den automatischen Spurfolgesteuerungsmodus (also den automatischen Lenkmodus) durch. Also wird das Hydrauliköl in den Druckkammern 13a und 13b eingeschlossen, der Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1 wird konstant gehalten, und der Kontroller 73 lenkt das Fahrzeug mit dem zweiten Lenkmechanismus.
Der vorgegebene Grenzwert θ₀ für den neutralen Bereich wird unter Berücksichtigung eines Steuerungslenkwinkelbereichs und eines erforderlichen Vorderradlenkwinkelbereichs bestimmt. Zum Beispiel besitzt das Steuerungssystem einen Steuerungslenkwinkelbereich von ±Δδc, und der Vorderradlenkwinkelbereich, der erforderlich ist, um das Fahrzeug mit einer Grenzgeschwindigkeit auf einer vorgegebenen Straße (zum Beispiel einer Autobahn) zu fahren, beträgt ±δn. In diesem Fall wird der Winkel θ₀ mit einem Spielraum bestimmt, der so beschaffen ist, daß der Vorderradlenkwinkel, der bei dem Lenkradwinkel von θ₀ erzeugt wird, kleiner oder gleich (δc – δn) ist. Wenn zum Beispiel δc = 2° und δn = 1°, ist (δc – δn) = 1°. Wenn das Lenkverhältnis 20,0 beträgt und der Steuerungsspielraum bei einem Kurvenfahrvorgang 0,7° beträgt, ist die Einstellung θ₀ = (2,0 – 1,0 – 0,7)·20,0 = 6,0°.
Ein ähnliches Problem entsteht, wenn das Lenkstellglied 61 zum Zeitpunkt des Übergangs von dem automatischen Modus zum manuellen Modus nicht in der neutralen Position ist. Wenn das Lenksystem von dem Betriebszustand im automatischen Modus in den manuellen Modus geschaltet wird, während das Lenkstellglied 61 in einer linken Grenzposition gehalten wird, um die Vorderräder nach links zu lenken, ist das Lenkstellglied 61 in dem manuellen Modus nicht in der Lage, sich weiter nach links zu bewegen. Daher ist das Lenksystem so angeordnet, daß das Lenkstellglied 61 in die neutrale Position zurückgebracht wird, wenn das System von dem automatischen Modus in den manuellen Modus gebracht wird. Zum Zeitpunkt des Übergangs von dem automatischen Modus in den manuellen Modus bringt der Kontroller 73 das Lenkstellglied 61 in die neutrale Position zurück, um den folgenden automatischen Lenkvorgang vorzubereiten. Auf diese Weise kann das Lenksystem den Schaltvorgang zwischen dem manuellen Modus und dem automatischen Modus glatt durchführen, ohne ein unnatürliches Gefühl zu erzeugen.
In dem automatischen Lenkmodus stellt der Steuerungsbereich eine seitliche Abweichung des Fahrzeugs bezüglich einer Spur mittels Bildverarbeitung des von der Kamera 79 erzeugten Bildes fest und lenkt das Fahrzeug automatisch, indem er das Lenkstangengehäuse 25 mit dem Lenkstellglied 61 nach links und nach rechts bewegt, so daß das Fahrzeug der Spur folgt. Anstelle des Bildverarbeitungsverfahrens ist es möglich, die seitliche Abweichung des Fahrzeugs durch Verwendung eines Sensors zum Feststellen von Magnetelementen (sogenannte magnetische Nägel), die in der Straße eingegraben sind, oder eines Sensor zum Messen des Abstandes von einer Straßenseitenwand festzustellen.
Wenn der Fahrer das Lenkrad 5 während des Betriebs des automatischen Lenkmodus dreht, wird der Drehstab 27 zwischen dem Lenkrad 5 und dem Ritzel 9, das durch den Einschluß des Hydrauliköls in den Druckkammern 13a und 13b verriegelt ist, verdreht. Daher erhöht das Lenkkraftverstärkerventil 47 den Öldruck, und der Kontroller 73 überwacht den in dem Lenkkraftverstärkerventil 47 erzeugten Öldruck mittels der Öldrucksensoren 51 und 53 und bringt das Verriegelungsventil 49 in die geöffnete Position, um einen manuellen Lenkvorgang zu ermöglichen. Wenn der von dem Bremskraftverstärkerventil 47 erzeugte und von den Sensoren 51 und 52 festgestellte Öldruck einen vorgegebenen Wert übersteigt, wird das Lenkstangengehäuse 25 festgehalten, die Druckkammern 13a und 13b werden geöffnet, und das Lenkritzel 9 wird freigegeben, um die manuelle Lenkung zu ermöglichen. Somit kann der Fahrer das Fahrzeug auch im automatischen Lenkmodus steuern, indem er das Lenkrad 5 dreht.
Anstelle der Öldrucksensoren 51 und 52 ist es möglich, einen Öldruckkreislauf zu verwenden, der solcherart angeordnet ist, daß er den von dem Lenkkraftverstärkerventil 47 erzeugten Öldruck als Pilotdruck verwendet, um das Verriegelungsventil 49 zu öffnen.
Sobald das Verriegelungsventil 49 in die geöffnete Position gebracht ist, wird das Verriegelungsventil 49 nicht in die geschlossene Position zurückgebracht, auch wenn der Druck der Lenkkraftverstärkung nachläßt, und das Verriegelungsventil 49 wird im geöffneten Zustand gehalten, bis der Fahrer wieder den automatischen Lenkmodus durch den Modusauswahlschalter 75 auswählt. Dieses Steuerungssystem bringt das Lenkstellglied 61, wie vorher erwähnt, in die neutrale Position zurück, wenn der Lenkmodus von dem automatischen Modus zum manuellen Modus umgeschaltet wird.
Wenn der Fahrer das Lenkrad 5 in dem automatischen Modus dreht, beendet das Lenksteuerungssystem den automatischen Modus und kehrt in einen Zustand zurück, der einen manuellen Lenkvorgang und dann wieder die Auswahl des automatischen Modus ermöglicht.
Das Lenksteuerungssystem nach dem ersten Ausführungsbeispiel kann den Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1 während des Steuerungsvorgangs zum Lenken der Vorderräder durch den zweiten Lenkmechanismus 3 festhalten, so daß das Umschalten zwischen dem automatischen Modus und dem manuellen Modus glatt und komfortabel vonstatten geht. Das Lenksteuerungssystem ermöglicht den Wechsel zwischen dem automatischen Lenkmodus und dem manuellen Modus während einer Kurvenfahrt auf einer kurvigen Straße ebensogut wie bei einer Geradeausfahrt. Das Lenksteuerungssystem kann rechtzeitig auf die Bedürfnisse des Fahrers reagieren, und der Fahrer kann, falls erforderlich, sofort auf den automatischen Lenkmodus zurückgreifen. Wenn zum Beispiel ein tragbares Telephon während einer Kurvenfahrt klingelt, dann der Fahrer das Lenksystem auf den automatischen Modus schalten und auf den Telephonanruf antworten.
Während des Lenkvorgangs des zweiten Lenkmechanismus 3 wird das Lenkrad 5 festgehalten. Dies ist vorteilhaft für den Komfort des Fahrers und der Fahrgäste. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet den Lenkkraftverstärkermechanismus als Vorrichtung zum Halten des Winkels des ersten Lenkmechanismus. Daher ist der Aufbau zuverlässig, einfach und preiswert.
Während des automatischen Lenkvorgangs des zweiten Lenkmechanismus 3 begrenzt das Ausschlagsbegrenzungselement 59, das die Ausstülpung 57 des Zahnstangengehäuses 25 aufnimmt, die Seitenbewegung des Zahnstangengehäuses 25 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs. Im Falle eines Versagens des zweiten Lenkmechanismus 3 verhindert dieser Ausschlagbegrenzungsmechanismus eine Übersteuerung des Fahrzeugs und stellt einen stabilen Fahrzeugbetrieb sicher.
Das Ausschlagsbegrenzungselement 59, das zur Begrenzung der Bewegung des Zahnstangengehäuses 25 vorgesehen ist, ist bei dem manuellen Lenkvorgang des ersten Lenkmechanismus 1 wirkungslos. In dem manuellen Modus kann der Fahrer das Lenkrad 5 ohne die Begrenzung durch das Begrenzungselement 59 drehen. Der Begrenzungsmechanismus begrenzt den Lenkwinkel nur in dem automatischen Lenkmodus.
4 zeigt einen Steuerungsablauf eines zweiten Beispiels entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel, welcher von dem in 1 gezeigten Kontroller 73 durchgeführt wird. In diesem Beispiel sind die Schritt S41–S44 dem Ablauf der 3 hinzugefügt. In Schritt S41 überprüft der Kontroller 73, ob der Hilfslenkwinkel des zweiten Lenkmechanismus 3 größer oder gleich einem erforderlichen Winkel ₀ wird. Dieser Winkel ₀ ist der Hilfslenkwinkel, der erforderlich ist, um im automatischen Lenkmodus der Vorderräder einer kurvigen Straße folgen zu können. Wenn der Hilfslenkwinkel nicht den erforderlichen Wert ₀ erreicht, dann geht der Kontroller 73 zu Schritt S42 und erhöht den Hilfslenkwinkel schrittweise. Somit erhöht das Steuerungssystem den Lenkwinkel des zweiten Lenkmechanismus 3 schrittweise. Nach Schritt S42 geht der Kontroller 73 zu Schritt S43 und überprüft, ob die Wahrscheinlichkeit für ein Fahren aus der Spur heraus groß ist oder nicht. Diese Wahrscheinlichkeit ist niedrig, wenn der Fahrer das Lenkrad 5 während der schrittweisen Zunahme des Hilfslenkwinkels des zweiten Lenkmechanismus 3 in die neutrale Position zurückbringt. Wenn der Fahrer das Lenkrad nicht in die neutrale Position zurückbringt, kann die Wahrscheinlichkeit, aus der Spur heraus zu fahren, hoch werden. In einem solchen Fall führt der Kontroller 73 in Schritt S44 einen Vorgang durch, um den Lenkwinkel zu halten. Somit beendet das Steuerungssystem den Hilfslenkvorgang des zweiten Lenkmechanismus 3 und verhindert, daß das Fahrzeug aus der Spur herausfährt. Das Beispiel der 4 kann die Fahrsicherheit erhöhen.
In diesem Beispiel wird die Wahrscheinlichkeit für ein Herausfahren aus der Spur wie folgt abgeschätzt. Während das Fahrzeug, wie schematisch in 5 gezeigt, entlang einer Spur fährt, liest der Kontroller zu jedem Zeitpunkt Straßenparameter, wie etwa die Straßenbreite und die Straßenkonfiguration, die aus dem Signal des Bildsensors 79 bestimmt werden, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 77 gemessen wird, und den Lenkradwinkel, der von dem Lenkradwinkelsensor 29 festgestellt wird, ein. Der Kontroller beurteilt die Wahrscheinlichkeit, daß das Fahrzeug aus der Spur herausfährt durch den Abstand L₀ (m) des Fahrzeugs 83 von einem Schnittpunkt (einem vorderen Zielpunkt) zwischen einer imaginären Erstreckungslinie, die sich in der Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs 83 erstreckt, und einer Spurbegrenzung (wie etwa einer weißen Linie). In 5 ist die Spur, entlang derer das Fahrzeug 83 fährt, zwischen linken und rechten Begrenzungslinien eingegrenzt, und die Erstreckungslinie kreuzt die linke Begrenzungslinie. Die Erstreckungslinie ist eine vorgegebene, gerade Linie, die mit der optischen Achse der Bildsensorkamera des Fahrzeugs zusammenfallen kann oder parallel dazu sein kann oder mit der longitudinalen Achse des Fahrzeugkörpers zusammenfallen kann oder parallel dazu sein kann. Die Möglichkeit, daß das Fahrzeug aus der Spur herausfährt, hängt von der Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Selbst wenn der Abstand L₀ derselbe ist, wird die Herausfahrwahrscheinlichkeit größer, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt. Der Kontrollerabschnitt kann die Wahrscheinlichkeit im Voraus aus dem Abstand L₀ und der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmen. Die Herausfahrwahrscheinlichkeit nimmt mit abnehmendem Abstand und mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit zu.
Der erforderliche Winkel δ₀ wird entsprechend den Informationen über die Fahrumgebung des Fahrzeugs bestimmt, die von dem Eingabebereich in dem automatischen Lenkmodus gesammelt werden. In diesem Beispiel bestimmt der Kontrollerabschnitt den erforderlichen Winkel δ₀ durch Verwendung des Signals von dem Bildsensor 79. Der Kontrollerabschnitt kann die Fahrzeuggeschwindigkeit bei der Bestimmung des erforderlichen Winkels aus den von dem Bildsensor 79 erzeugten Bildern mit berücksichtigen. Um die Fahrzeugumgebungsinformationen zu sammeln, ist es möglich, magnetische Elemente, die entlang der Straße eingegraben sind, oder eine mobile Datenkommunikation zwischen der Straßeninfrastruktur und der Fahrzeugausrüstung zu verwenden.
Zweites Ausführungsbeispiel
6 zeigt ein Fahrzeuglenksystem entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Fahrzeuglenksystem des zweiten Ausführungsbeispiels lenkt im automatischen Lenkmodus die Hinterräder des Fahrzeugs anstelle der Vorderräder wie im ersten Ausführungsbeispiel.
Der erste Lenkmechanismus, das Lenkkraftverstärkersystem und der Abschnitt zum Halten des Lenkwinkels sind im wesentlichen identisch mit den entsprechenden Teilen des in 1 gezeigten Lenksystems nach dem ersten Ausführungsbeispiel.
Ein in 6 gezeigter, zweiter Lenkmechanismus 83 dient zum Lenken der Hinterräder 85 des Fahrzeugs. Der zweite Lenkmechanismus 83 umfaßt eine Hinterradlenkeinheit 87 mit einem Lenkkraftverstärkerzylinder für die Hinterradlenkung und anderen Komponenten. Die Hinterradlenkeinheit 87 ist über linke und rechte Spurstangen 89 mit dem linken und rechten Hinterrad 85 verbunden. Der Kontroller 73 treibt den Lenkkraftverstärkungszylinder für die Hinterradlenkung der Einheit 87 durch Steuerung eines Hinterradlenkungssteuerungsventils und einer Pumpe an und steuert somit den Hinterradlenkwinkel der Hinterräder 85.
Wenn der Modusauswahlschalter 75 in dem manuellen Auswahlzustand für den manuellen Lenkmodus ist, kann der Fahrer die Vorderräder durch Drehen des Lenkrads lenken wie bei dem Lenksystem der 1. Wenn der Lenkradwinkel in einem vorgegebenen, neutralen Bereich δ₀ ist, wenn der Modusauswahlschalter in den automatischen Auswahlzustand umgelegt wird, schließt das Verriegelungsventil 49 das Öl in der linken und der rechten Druckkammer 13a und 13b des Lenkkraftverstärkungszylinders 13 für die Vorderräder ein, um den Lenkwinkel des Lenkrads 5 fest zu halten, und der zweite (hintere) Lenkmechanismus lenkt die Hinterräder 85 in dem automatischen Modus unter der Steuerung des Kontrollers 73.
Wenn der Lenkwinkel des Lenkrads 5 außerhalb des neutralen Bereichs δ₀ liegt, wenn der automatische Modus ausgewählt wird, führt das Steuerungssystem dieses Beispiels die folgenden Steuerungsvorgänge durch.
Zunächst beginnt das Steuerungssystem nicht mit dem automatischen Lenkmodus, bis der Lenkradwinkel in den neutralen Bereich kommt. Unter der Steuerung des Kontrollers 73 erzeugt der Lautsprecher 81 eine hörbare Nachricht, um dem Fahrer mitzuteilen, daß eine Steuerung zur Spurhaltung auf einer kurvigen Straße nicht möglich ist.
Danach erhöht das Steuerungssystem schrittweise den Hinterradlenkwinkel auf einen Hinterradlenkwinkel, der erforderlich ist, um der Spur in einem Zustand zu folgen, in dem sich der erste Lenkmechanismus 1 im neutralen Zustand befindet. Während dieser Zeit weist der Lautsprecher 81 den Fahrer an, das Lenkrad bis zum Beginn des Spurfolgemodus weiter zu benutzen. Die Nachricht ist zum Beispiel: "Der Spurfolgemodus wird gleich beginnen. Bitte halten Sie noch so lange das Lenkrad."
Folglich lenkt der Fahrer das Lenkrad so, daß das Fahrzeug der kurvigen Straße folgt, und der erste Lenkmechanismus 1 kehrt in die neutrale Position zurück. Wenn der Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1 in den neutralen Bereich kommt, schließt das Verriegelungsventil 49 die Druckkammern 13a und 13b, um den Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1 festzuhalten.
Das Steuerungssystem der 6 ändert den Lenkwinkel der Vorderräder und den Lenkwinkel der Hinterräder wie in 7 gezeigt. Eine Linie P zeigt die Änderung des Lenkwinkels der Vorderräder, wie sie von dem ersten Lenkmechanismus bewirkt wird. Eine Linie Q' zeigt die Änderung des Lenkwinkels der Hinterräder durch den automatischen Lenkvorgang des zweiten Lenkmechanismus 83. Zu einem Zeitpunkt A, wenn der Fahrer den Modusauswahlschalter 75 von dem manuellen Auswahlzustand zum automatischen Auswahlzustand umlegt, hält der Kontroller 73 das Verriegelungsventil 49 in der geöffneten Position und steuert den Hinterradlenkmechanismus 83, um den Hinterradlenkwinkel schrittweise zu erhöhen, wie durch die Linie Q' gezeigt. Der Fahrer bringt das Lenkrad 5 in die neutrale Position zurück, um das Fahrzeug in der Spur zu halten, wie durch die Linie P gezeigt. Zum Zeitpunkt B, wenn der Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1 kleiner als der Grenzwert ₀ des neutralen Bereichs wird, startet das Steuerungssystem den automatischen Lenksteuerungsvorgang mit dem zweiten Lenksystem.
Vom Zeitpunkt A bis zum Zeitpunkt B werden die Vorderräder 23 und die Hinterräder 85 gelenkt, wie in 8A gezeigt. Diese Steuerungssystem kann eine seitliche, krebsartige Bewegung des Fahrzeuges, wie sie in 8B gezeigt ist und die auf einer geraden Strecke verursacht würde, wenn der Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1 durch die Betätigung des Verriegelungsventils 49 unmittelbar zum Zeitpunkt A festgehalten würde, verhindern.
Vorzugsweise beendet das Steuerungssystem die Steuerung des zweiten Lenkmechanismus 83 und hält den Hinterradlenkwinkel auf dem dann erreichten Wert, wenn es eine beträchtliche Wahrscheinlichkeit gibt, daß das Fahrzeug auf Grund eines Fahrfehlers des Fahrers oder aus einem anderen Grund (wie etwa in den Schritten S43 und S44) von der Spur abweicht. Der Kontrollerabschnitt kann so aufgebaut sein, daß er den Fahrer über die Beendigung der Steuerung durch eine hörbare Nachricht über den Lautsprecher 81 informiert. Wenn das Fahrzeug auf eine gerade Straße kommt, verringert das Steuerungsystem in diesem Beispiel den Lenkwinkel der Hinterräder 85 auf die neutrale Position, die der Geradeausposition der Hinterradräder 85 entspricht, sehr langsam (zum Beispiel mit 0,01°/s).
Das zweite Ausführungsbeispiel zeigt ebenso wie das erste Ausführungsbeispiel vorteilhafte Auswirkungen. Das zweite Ausführungsbeispiel kann ein bekanntes Vierradlenksystem (4WS) verwenden. Das Steuerungssystem des zweiten Ausführungsbeispiel und das 4WS-System haben viele Teile gemeinsam. Das zweite Ausführungsbeispiel ist im Aufbau und Entwurf des Systems vorteilhaft.
Drittes Ausführungsbeispiel
9 zeigt ein Fahrzeuglenksystem nach einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Fahrzeuglenksystem nach dem dritten Ausführungsbeispiel ist so angeordnet, daß es das Lenkrad 5 durch ein Selbstausrichtungsdrehmoment in die neutrale Position zurückbringt, wenn das Lenkrad 5 losgelassen wird. In anderer Hinsicht ist das Fahrzeuglenksystem der 9 im wesentlichen identisch mit dem Fahrzeuglenksystem der 6.
In dem Fahrzeuglenksystem der 9 ist dem Fahrzeuglenksystem der 6 eine Drosselklappenventileinheit 91 als Dämpfungselement hinzugefügt.
Wenn der Modusauswahlschalter 75 in den automatischen Auswahlzustand gelegt wird, gibt der Lautsprecher 81 unter der Steuerung des Kontrollers 73 eine hörbare Nachricht, um den Fahrer anzuweisen, das Lenkrad loszulassen. Die Nachricht ist zum Beispiel: "Bitte lassen Sie das Lenkrad los." Wenn das Lenkrad 5 vom Zugriff des Fahrers losgelassen wird, zwingt das selbstausrichtende Drehmoment der Vorderräder 23 den ersten Lenkmechanismus 1 in die neutrale Position. Um die Kurvenfahrt entlang der Straße trotz der Tendenz des ersten Lenkmechanismus, in die neutrale Position zurückzukehren, fortzusetzen, beginnt der Kontroller 73 sofort mit der Steuerung des zweiten Lenkmechanismus 83, um der Spur zu folgen. Dann verriegelt der Kontroller 73 den Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1, wenn dieser in den neutralen Bereich um δ₀ kommt.
Auf diese Weise kann das Fahrzeuglenksystem nach dem dritten Ausführungsbeispiel die Lenkwinkel der Vorder- und Hinterräder 23 und 85 vom Zeitpunkt A bis zum Zeitpunkt B steuern, wie in 8A gezeigt, und eine seitliche Bewegung, wie sie in 8B gezeigt ist, verhindern.
Wenn der Lenkmodus in den automatischen Modus geändert wird, arbeitet die Drosselventileinheit 91 in Abhängigkeit von einem Ausgabesignal des Kontrollers 73, um die Stabilität des Fahrzeugs auch nach einem abrupten Loslassen des Lenkrads 5 durch den Fahrer beizubehalten. Durch die Wirkung der Drosselventileinheit 91 arbeitet das Öl in den linken und rechten Druckkammern 13a und 13b gegen das selbstausrichtende Drehmoment, und das vom Fahrer losgelassene Lenkrad 5 kehrt langsam vom Zeitpunkt A bis zum Zeitpunkt B in die Geradeausposition zurück. Das Fahrzeugverhalten bleibt während des Übergangs vom manuellen Modus zum automatischen Modus stabil.
Die Drosselventileinheit 91 dieses Beispiels besitzt einen vollständig geöffneten Zustand und einen Drosselzustand. Wenn der Modusauswahlschalter 75 von dem manuellen Auswahlzustand in den automatischen Auswahlzustand umgelegt wird, wird die Drosselventileinheit 91 unter der Steuerung des Kontrollers 73 von dem vollständig geöffneten Zustand, in dem die Hydrauliköldurchgänge, die zu den Druckkammern 13a und 13b führen, vollständig geöffnet sind, in die Drosselposition gebracht, um die beiden Hydrauliköldurchgänge gleichzeitig zu drosseln.
Das zweite und das dritte Ausführungsbeispiel sind in der Arbeitsweise und Wirkung ähnlich. Durch die Verwendung des selbstausrichtenden Drehmoments, um den ersten Lenkmechanismus 1 in die neutrale Position zu bringen, kann das dritte Ausführungsbeispiel den Aufbau des Systems vereinfachen.
Es ist möglich, sowohl das vordere Hilfslenksystem zum automatischen Lenken der Vorderräder als auch das hintere Hilfslenksystem zum automatischen Lenken der Hinterräder zu verwenden. In einem Beispiel ist das vordere Hilfslenksystem so angeordnet, daß es den Lenkwinkel des Lenkrads 5 absorbiert. Wenn der Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1 zum Zeitpunkt der Auswahl des automatischen Modus durch den Fahrer nicht im neutralen Bereich ist, hält das Verriegelungsventil 49 der Haltevorrichtung sofort den zu diesem Zeitpunkt vorhanden Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus 1 fest, und das vordere Hilfssystem addiert den Hilfslenkwinkel, um die Vorderräder in der geraden Position zu halten. Während der vordere Lenkwinkel durch das vordere Hilfslenksystem (das Komponenten wie etwa 61, 71 umfaßt) im neutralen Geradeausbereich festgehalten wird, kann das Steuerungssystem den Steuerungsvorgang des automatischen Lenkmodus mit dem hinteren Hilfslenksystem (das Komponenten wie etwa 87 umfaßt) durchführen.

Claims

Fahrzeuglenksystem für Kraftfahrzeuge, welches umfaßt: einen ersten Lenkmechanismus (1) zum Lenken von wenigstens einem Vorderrad (23) entsprechend einer manuellen Drehung eines Lenkrads (5); einen zweiten Lenkmechanismus (3) zum vom ersten Lenkmechanismus (1) unabhängigen Lenken des Vorderrads oder wenigstens eines der Hinterräder (85) des Fahrzeugs mit einem Stellglied (61); eine Auswahlvorrichtung (75), um dem Fahrer zu ermöglichen, einen manuellen Lenkmodus entsprechend dem ersten Lenkmechanismus (1) oder einen automatischen Lenkmodus entsprechend dem zweiten Lenkmechanismus (3) auszuwählen; eine Steuerungsvorrichtung (73) zum Durchführen einer automatischen Steuerung zur automatischen Steuerung des Stellglieds (61) des zweiten Lenkmechanismus (3) entsprechend Informationen über die Fahrumgebung des Fahrzeugs, wenn der automatische Lenkmodus ausgewählt ist; eine Haltevorrichtung (11, 13a, 13b, 37, 41, 49, 55) zum Halten des Lenkwinkels des ersten Lenkmechanismus (1), während der zweite Lenkmechanismus (3) zum Lenken des Vorderrads oder des Hinterrads (85) des Fahrzeugs in Betrieb ist; und eine Neutralpositionserkennungsvorrichtung (29) zum Erkennen eines Zustands des ersten Lenkmechanismus (1), um festzustellen, ob sich der erste Lenkmechanismus (1) in einer neutralen Lenkposition befindet, und um der Steuerungsvorrichtung (73) zu ermöglichen, die automatische Lenkung im automatischen Lenkmodus nur dann durchzuführen, wenn sich der erste Lenkmechanismus (1) in der neutralen Position befindet.
Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn der automatische Lenkmodus mittels der Auswahlvorrichtung (75) ausgewählt wird, die Steuerungsvorrichtung (73) in einem Bereitschaftsmodus wartet und die automatische Steuerung bis zur Detektion der neutralen Lenkposition des ersten Lenkmechanismus (1) durch die Neutralpositionserkennungsvorrichtung (29) wartet.
Lenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenksystem außerdem eine Beschleunigungsvorrichtung (81) umfaßt, um die Rückkehr des ersten Lenkmechanismus (1) in die neutrale Position zu beschleunigen, indem der Fahrer darauf aufmerksam gemacht wird, daß der erste Lenkmechanismus (1) nicht in der neutralen Position ist, wenn der erste Lenkmechanismus (1) außerhalb der neutralen Position ist, wenn der Automatikmodus ausgewählt ist.
Lenksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsvorrichtung (81) eine Vorrichtung zum Auffordern eines Lenkvorgangs durch den Fahrer umfaßt, um den ersten Lenkmechanismus (1) durch Drehen des Lenkrads (5) in die neutrale Position zu bringen.
Lenksystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsvorrichtung (81) eine Vorrichtung zum Informieren des Fahrers darüber umfaßt, daß ein Wechsel von dem manuellen Lenkmodus zum automatischen Lenkmodus nicht erlaubt ist.
Lenksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsvorrichtung (81) eine Vorrichtung zum Betreiben des zweiten Lenkmechanismus (3) umfaßt.
Lenksystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsvorrichtung (81) eine Vorrichtung zum Erzeugen eines erforderlichen Hilfslenkwinkels umfaßt, indem der zweite Lenkmechanismus (3) betrieben wird, wobei der erforderliche Hilfslenkwinkel entweder ein Vorderradlenkwinkel oder ein Hinterralenkwinkel ist, der erforderlich ist, um einer Spur in einem Zustand zu folgen, in dem der erste Lenkmechanismus (1) in der neutralen Position gehalten wird.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (11, 13a, 13b, 37, 41, 49, 55) einen Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus (1) nur dann festhält, wenn die Neutralpositionserkennungsvorrichtung (29) die neutrale Position des ersten Lenkmechanismus (1) erkennt.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsvorrichtung (81) eine Vorrichtung zum Anweisen des Fahrers zum Loslassen des Lenkrads umfaßt.
Lenksystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Lenkmechanismus (1) ein Dämpfungselement (91) umfaßt, um eine Dämpfungskraft zu erzeugen, um eine langsame Rückkehr des ersten Lenkmechanismus (1) in die neutrale Position durch ein selbstausrichtendes Drehmoment zu bewirken, wenn das Lenkrad (5) aufgrund der Anweisungen der Beschleunigungsvorrichtung (81) losgelassen wird.
Steuerungssystem für ein Fahrzeug mit Rädern, welches umfaßt: ein Lenksystem, das einen ersten Lenkmechanismus (1) zum Ändern eines Vorderradlenkwinkels entsprechend der Eingabe eines Fahrers mittels eines Lenkrads (5) und einen zweiten Lenkmechanismus (3, 83) zum Ändern entweder des Vorderrad lenkwinkels oder des Hinterradlenkwinkels des Fahrzeugs entsprechend einem Steuerungssignal zum Lenken des Fahrzeugs umfaßt; einen Modusauswahlschalter (75) zum Auswählen entweder eines manuellen Lenkmodus oder eines automatischen Lenkmodus; einen Sensorabschnitt (77, 79, 29) zum Sammeln von Informationen über das Fahrzeug; und einen Kontrollerabschnitt (73) zum automatischen Lenken des Fahrzeugs entsprechend den von dem Sensorabschnitt (77, 79, 29) gesammelten Informationen, indem ein Steuerungssignal an den zweiten Lenkmechanismus (3, 83) gesendet wird, wenn der automatische Lenkmodus durch den Auswahlschalter (75) ausgewählt ist; wobei der Sensorabschnitt (77, 79, 29) den Zustand des ersten Lenkmechanismus (1) feststellt und Daten erzeugt, um zu bestimmen, ob sich der erste Lenkmechanismus (1) in einer neutralen Geradeausposition befindet, wobei das Lenksystem weiterhin ein Halteuntersystem (11, 13a, 13b, 25, 37, 41, 49, 55) umfaßt, um den ersten Lenkmechanismus (1) festzuhalten, wenn der zweite Lenkmechanismus (3, 83) in Betrieb ist, um das Fahrzeug zu lenken, und der Kontrollerabschnitt (73) das Fahrzeug automatisch lenkt, indem er das Steuerungssignal nur sendet, wenn der automatische Lenkmodus ausgewählt ist und sich der erste Lenkmechanismus (1) gleichzeitig in der Geradeausposition befindet.
Steuerungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteuntersystem (11, 13a, 13b, 25, 37, 41, 49, 55) eine Betätigungsvorrichtung (49) umfaßt, um den Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus (1) in Abhängigkeit von einem von dem Kontrollerabschnitt (73) erzeugten Haltebefehlssignal festzuhalten.
Steuerungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontrollerabschnitt (73) das Fahrzeug automatisch lenkt, indem es das Steuerungssignal nur dann sendet, wenn ein Genehmigungssignal vorhanden ist, der Kontroller (73) ein neutrales Zustandssignal erzeugt, wenn sich der erste Lenkmechanismus (1) in der Geradeausposition befindet, und der Kontrollerabschnitt (73) das Haltebefehlssignal zu der Betätigungsvorrichtung (49) des Halteuntersystems (11, 13a, 13b, 25, 37, 41, 49, 55) sendet, um den Lenkwinkel des ersten Lenkmechanismus (1) festzuhalten und das Genehmigungssignal erzeugt, um den automatischen Lenkmodus nur dann zu erlauben, wenn das neutrale Zustandssignal vorhanden ist.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontrollerabschnitt (73) so aufgebaut ist, daß er eine Rückkehr des ersten Lenkmechanismus (1) in die neutrale Geradeausposition bewirkt, wenn der Auswahlschalter (75) von einem manuellen Auswahlzustand zur Auswahl des manuellen Lenkmodus in einen automatischen Auswahlzustand zur Auswahl des automatischen Lenkmodus gebracht wird.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontrollerabschnitt (73) so aufgebaut ist, daß er den zweiten Lenkmechanismus (3, 83) in die neutrale Position zurückbringt, wenn der Auswahlschalter (75) von dem automatischen Auswahlzustand zur Auswahl des automatischen Lenkmodus in den manuellen Auswahlzustand zur Auswahl des manuellen Lenkzustands gebracht wird.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungssystem eine Ausgabevorrichtung (81) umfaßt, um ein Warnsignal in Abhängigkeit von einem Anzeigebefehlssignal zu erzeugen, und daß der Kontrollerabschnitt (73) das Anzeigebefehlssignal erzeugt, wenn der automatische Lenkmodus ausgewählt ist, aber das neutrale Zustandssignal nicht vorhanden ist.
Steuerungssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Warnsignal der Ausgabevorrichtung (81) entweder ein sichtbares Signal oder ein hörbares Signal ist, um den Fahrer des Fahrzeugs darauf aufmerksam zu machen, daß der automatische Lenkmodus nicht erlaubt ist, bevor nicht der erste Lenkmechanismus (1) in die Geradeausposition zurückgekehrt ist.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerungsabschnitt so aufgebaut ist, daß er den Lenkwinkel des zweiten Lenkmechanismus (3, 83) langsam in eine Richtung erhöht, die eine Verringerung des Lenkwinkels des ersten Lenkmechanismus (1) erzwingt, um einen beabsichtigten Kurvenradius des Fahrzeugs beizubehalten, wenn der automatische Lenkmodus ausgewählt ist und sich der erste Lenkmechanismus (1) außerhalb der neutralen Geradeausposition befindet.