DE112006002182T5

DE112006002182T5 - Ein Verfahren zur Kalibrierung und Lenkung eines Fahrzeugs mit einem Positionierungssystem

Info

Publication number: DE112006002182T5
Application number: DE112006002182T
Authority: DE
Inventors: Wojciech Markiton; Soeren Moeller Hansen
Original assignee: Sauer Danfoss ApS
Current assignee: Danfoss Power Solutions ApS
Priority date: 2005-08-18
Filing date: 2006-08-17
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2026-08-18
Also published as: AU2006281802A1; WO2007019864A1; US8019506B2; DE112006002182B4; US20090033053A1

Abstract

Verfahren zur Kalibrierung eines Lenksystems für ein Fahrzeug, wobei das System einen Aktuator zur Bewegung eines gelenkten Elementes, einen Sensor zur Bestimmung eines Positionswertes, der eine Position des gelenkten Elementes angibt, und ein Positionierungssystem zur Bestimmung eines Kurvenwertes, der eine Kurve eines Weges angibt, dem das Fahrzeug folgt, aufweist, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
– Erzeugung einer ersten Aufzeichnung mit einem Positionswert, der eine erste Position eines gelenkten Elementes angibt, und einem Kurvenwert, der während einer Bewegung des Fahrzeuges mit dem gelenkten Element in der ersten Position bestimmt wird,
– Erzeugung einer zweiten Aufzeichnung mit einem Positionswert, der eine zweite Po sition des gelenkten Elementes angibt, und einem Kurvenwert, der während einer Bewegung des Fahrzeuges mit dem gelenkten Element in der zweiten Position bestimmt wird.

Description

EINLEITUNG
Die Erfindung betrifft die Kalibrierung und Verwendung eines Lenksystems für ein Fahrzeug, das mit einer auf einem Positionierungssystem basierten Auto- oder Selbstlenkung versehen ist. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, das mit einem Lenksystem versehen ist, das einen Aktuator, der zur Bewegung eines gelenkten Elementes des Fahrzeuges, z. B. eines Rades, vorgesehen ist, einen Sensor zur Bestimmung eines Positionswertes für die Position des gelenkten Elementes, und ein Positionierungssystem, wie z. B. ein GPS-System zur Erzeugung eines Kurvenwertes, der eine Kurve eines Weges darstellt, dem das Fahrzeug folgt, aufweist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Auto-Lenksysteme für Fahrzeuge sind weit verbreitet, z. B. in Geländefahrzeugen, wie Radladern, Baggern, Bulldozern, Traktoren, Erntemaschinen und ähnlichen Hochleistungsmaschinen. Solche Maschinen arbeiten oft mit hydraulischen, elektrohydraulischen und elektrischen Lenksystemen. Bei einem System, das von einem Fahrer betrieben wird, erhält das Lenksystem Eingaben über einen Steuerhandgriff, z. B. ein Lenkrad oder ein Joystick, und zur automatischen Len kung des Fahrzeuges können Eingaben zusätzlich von einem GPS-System oder einem ähnlichen System zum automatischen Positionieren und Nachführen erhalten werden. Die Angaben werden vom Lenksystem in einen passenden hydraulischen Strom zu einem hydraulischen Aktuator umgewandelt, z. B. einem hydraulischen Zylinder, der ein gelenktes Element bewegt, typischerweise die Räder eines Fahrzeuges. US 6,052,647 und US 6,539,303 beschreiben Systeme zur Steuerung eines Fahrzeuges entlang eines Weges mit Hilfe von GPS-Technik.
Typischerweise sind die Eingaben, die vom Positionierungs- und Nachführsystem geliefert werden, ein Weg, der als ein Radius einer Kurve beschrieben wird. Das Lenksystem ist dafür kalibriert den empfangenen Radius in einen passenden hydraulischen Fluss umzusetzen, um die gelenkten Räder im Verhältnis zur gewünschten Kurve korrekt zu positionieren. Typischerweise sind die Systeme dafür kalibriert die gelenkten Räder für eine bestimmte Eingabe vom Positionierungssystem um einen bestimmten Winkel zu drehen, und um eine Widerverwendung von identischen Kalibrierungsdaten für mehrere Fahrzeuge zu ermöglichen, müssen die Fahrzeuge komplett identisch sein, und die einzelnen Komponenten des Lenksystems, z. B. der hydraulische Aktuator, der Sensor und das Positionierungssystem, müssen identisch konfiguriert und im Verhältnis zu anderen Teilen des Lenksystems identisch positioniert sein. Änderungen in der Konstruktion eines Fahrzeuges und die Anpassung neuer Komponenten zum Lenksystem erfordern deshalb normalerweise eine zeitraubende Neukalibrierung.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine einfache Kalibrierung von Lenksystemen zu ermöglichen, z. B. um einen einfachen Neueinbau von Auto-Lenkung in existieren den Maschinen oder kundenspezifizierten Maschinen zu ermöglichen, wobei das Lenksystem jeder einzelnen Maschine für individuelle Zwecke angepasst ist, und daher eine individuelle Kalibrierung erfordert. Dementsprechend sieht die Erfindung in einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Kalibrierung eines Lenksystems eines Fahrzeuges vor, wobei eine erste Aufzeichnung (Datensatz) erzeugt wird, die eine erste Position eines gelenkten Elementes und einen Kurvenwert darstellt, der während einer Bewegung des Fahrzeuges mit dem gelenkten Element in der ersten Position bestimmt wird. Nachfolgend wird eine zweite Aufzeichnung (Datensatz) erzeugt, die einen zweiten Positionswert aufweist, der eine zweite Position des gelenkten Elementes und einen Kurvenwert darstellt, der während einer Bewegung des Fahrzeuges mit dem gelenkten Element in der zweiten Position bestimmt wird. Nachfolgend können weitere Aufzeichnungen erzeugt werden, insbesondere wenn das Verhältnis zwischen dem Radwinkel und dem Positionswert nicht linear ist. Zum Beispiel kann eine Tabelle 5 Aufzeichnungen enthalten, und zwar eine am rechten Endpunkt und eine an der linken Endposition des gelenkten Elementes, eine in der Mittelposition, in der die mobile Maschine einer geraden Linie folgt, und eine zwischen der Mittelposition und jeder der Endpositionen. Die Tabelle kann sogar noch weitere Aufzeichnungen enthalten, z. B. 32 oder mehr.
Die Verwendung der oben erwähnten mindestens zwei Aufzeichnungen macht es einfach und schnell die aufgezeichneten Werte entweder direkt wieder zu verwenden oder ein Verhältnis zwischen der Position des gelenkten Elementes und der Kurve des Weges, dem das Fahrzeug folgt, einzustellen. Nach der Herstellung des Fahrzeuges oder nach einer Änderung des Lenksystems eines existierenden Fahrzeuges, lässt sich das System durch Fahren des Fahrzeuges mit verschiedenen Positionen des gelenkten Elementes unter Erzeugung der mindestens zwei Aufzeichnungen einfach kalib rieren. Nachfolgend, wenn Auto-Lenkung gewünscht ist und das Lenksystem einen Kurvenwert vom Positionierungssystem erhält, wird der erhaltene Wert mit den Werten der Aufzeichnungen verglichen um eine entsprechende Position des gelenkten Elementes zu bestimmen, oder ein Verhältnis zwischen der Position des gelenkten Elementes und der Kurve des vom Fahrzeuges gefolgten Weges wird durch Interpolation berechnet.
Normalerweise ist das gelenkte Element ein Rad eines Fahrzeuges, und der Positionssensor wird an beliebiger Stelle im Lenksystem eingesetzt, um einen Wert zu liefern, der die Position des Rades im Verhältnis zum Fahrzeug angibt. Das Positionierungssystem kann ein normales GPS-System sein, das laufend eine Position des Fahrzeuges bestimmt und auf Grund der bestimmten Position einen Kurvenwert des vom Fahrzeug gefolgten Weges bestimmt, z. B. ausgedrückt durch einen Wert des Radius einer Kurve.
Das Lenksystem kann ein hydraulisches Lenksystem sein, in dem ein hydraulischer Fluss den Aktuator zwischen zwei Außenpositionen bewegt. Um das gelenkte Element in eine Richtung zu bewegen, kann ein hydraulischer Fluss in eine Richtung in einen Anschluss des Aktuators hinein und aus einem anderen Anschluss des Aktuators hinaus gefördert werden, und um das gelenkte Element in die umgekehrte Richtung zu bewegen, kann der hydraulische Fluss umgekehrt werden. Der hydraulische Fluss kann von einer elektronischen Datenverarbeitungseinheit gesteuert werden, z. B. über ein Ventil mit einer Spule, die von der Datenverarbeitungseinheit elektrisch oder elektrohydraulisch bewegt wird.
Die Datenverarbeitungseinheit kann mit Datenspeicherungsmitteln zur Speicherung der erwähnten Datenaufzeichnungen und mit dem Positionierungssystem, von dem sie laufend Kurvenwerte erhält, kommunizieren. Die Datenverarbeitungseinheit kann außerdem mit dem Sensor kommunizieren, um laufend Positionswerte zu erhalten, die die Position des gelenkten Elementes angeben. Dies ermöglicht es der Datenverarbeitungseinheit die Position des gelenkten Elementes nach Art einer geschlossenen Schleife zu regeln, wobei der hydraulische Fluss fortgesetzt, und wahlweise zwischen den oben erwähnten zwei Anschlüssen hin- und hergeleitet wird, bis ein gewünschtes Signal vom Sensor zurückgesandt wird.
Während der Kalibrierung des Systems wird das Fahrzeug gefahren, z. B. mit einer verhältnismäßig kleinen Bodengeschwindigkeit, z. B. 5 km/h. Das gelenkte Element wird zu einer ersten Position bewegt, z. B. eine Außenposition, z. B. die äußerste linke oder rechte Position eines gelenkten Rades, und nach wenigen Sekunden wird ein Kurvenwert, der vom Positionierungssystem erhalten wird, zusammen mit einem Sensorwert, der vom Positionssensor erhalten wird, in einer ersten Aufzeichnung gespeichert. Das gelenkte Element wird von der ersten Position weg bewegt und nach einem weiteren Zeitraum, z. B. nach wenigen Sekunden, wird ein anderer Kurvenwert, der von dem Positionierungssystem erhalten wird, zusammen mit einem neuen Sensorwert, der vom Positionssensor erhalten wird, in einer zweiten Aufzeichnung gespeichert. Nachfolgend kann das Lenkelement zu anderen Positionen bewegt werden, und die Prozedur kann wiederholt werden, bis eine Vielzahl von Aufzeichnungen in den Datenspeicherungsmitteln gespeichert worden sind. Das System kann die oben erwähnten Werte aufnehmen, während ein Fahrer das Fahrzeug in verschiedenen Kurven fährt, oder das Aufnehmen der Aufzeichnung kann vom Fahrer mit einem Druckknopf aktiviert werden. In einer Ausführung kann das System das Fahrzeug automatisch in einer Kalibrierungssequenz fahren, wobei das Lenksystem automatisch das gelenkte Element zwischen verschiedenen Positionen bewegt und die Aufzeichnungen speichert. Wenn die Kalibrie rung fertig ist, kann Auto-Lenkung durch den Erhalt eines gewünschten Kurvenwertes vom Positionierungssystem und das Finden einer Aufzeichnung mit einem ähnlichen Kurvenwert unter den gespeicherten Aufzeichnungen durchgeführt werden. Danach wird das gelenkte Element bewegt, bis der Sensor einen Positionswert zurückgibt, der dem Positionswert der gefundenen Aufzeichnung entspricht. Wenn keine Aufzeichnung mit einem ähnlichen Kurvenwert gefunden werden kann, kann die Datenverarbeitungseinheit zwischen einem Kurvenwert, der höher ist als der gewünschte Kurvenwert, und einem Kurvenwert, der kleiner ist als der gewünschte Kurvenwerte, interpolieren.
Da existierende Lenksysteme oft mit einer Datenverarbeitungseinheit arbeiten, die eine begrenzte Verarbeitungskapazität hat, ist es ein Vorteil den Suchalgorithmus zu vereinfachen, der verwendet wird, um die gespeicherte Aufzeichnung zu finden, deren Kurvenwert dem gewünschten Kurvenwert am nächsten liegt. Für diesen Zweck ist es ein Vorteil das System dadurch zu kalibrieren, dass Aufzeichnungen mit festen Werten für die Kurve gespeichert werden, z. B. dadurch zu kalibrieren, dass immer eine Tabelle mit einer festen Anzahl von Aufzeichnungen, z. B. 5, ausgefüllt wird, wobei jeder Radius eine feste Größe hat, z. B. hat die erste Aufzeichnung einen Radius von z. B. 10, die nächste Aufzeichnung einen Radius von z. B. 20, die nächste Aufzeichnung einen Radius von z. B. 30, u. s. w. Es ist ein Vorteil in einer Außenposition anzufangen. Da alle Fahrzeuge individuelle mechanische Konfigurationen haben können, kann die Außenposition des gelenkten Elementes von Fahrzeug zu Fahrzeug unterschiedlich sein. Es ist deshalb ein Vorteil die Außenposition als eine der Positionen des gelenkten Elementes zu verwenden, und für die anderen Positionen die gleichen Positionen für alle Fahrzeuge zu verwenden, die mit dem Lenksystem nach der Erfindung ausgestattet sind.
In einer Ausführung werden Kurvenwerte und entsprechende Sensorwerte für die rechte und die linke Außenposition gefunden. Anschließend wird das gelenkte Element zu einer Position bewegt, wo die Kurve Null ist, and der Kurvenwert wird zusammen mit dem entsprechenden Sensorwert gespeichert. Nachfolgend werden jeder der beiden Bereiche von Null zu den beiden Außenpositionen in eine Anzahl von Segmenten aufgeteilt, und entsprechende Sensor- und Kurvenwerte werden für jedes Segment aufgezeichnet.
Vorteilhafterweise wird ein Verhältnis zwischen einem Positionswert und einem Kurvenwert bestimmt. Auf Grund der Konfiguration des Lenksystems wird es üblicherweise unmöglich sein ein lineares Verhältnis zwischen den Positionswerten und den Kurvenwerten für den gesamten Lenkbereich von einer Außenposition des gelenkten Elementes zur entgegen gesetzten Position des gelenkten Elementes zu bestimmen. Das Verhältnis wird deshalb vorzugsweise für jede Aufzeichnung bestimmt. Wenn eine verhältnismäßig große Anzahl von Aufzeichnungen gespeichert worden ist, z. B. 50–70 Aufzeichnungen für den ganzen Lenkbereich, kann das bestimmte Verhältnis für annähernd linear gehalten werden, d. h. das Verhältnis kann durch zwei Parameter in einer Funktion vom Typ F(x) = a·x + b beschrieben werden, wobei F den Positionswert angibt und x einen Kurvenwert angibt. Für jeweils zwei Aufzeichnungen kann ein Satz von Parametern a und b in den Speicherungsmitteln gespeichert werden und zur Bestimmung eines Positionswertes aus einem spezifischen Kurvenwert, der zwischen den Kurvenwerten der beiden Aufzeichnungen liegt, verwendet werden.
In einem zweiten Aspekt sieht die Erfindung ein Verfahren zur Lenkung eines Fahrzeuges auf Grund von Befehlen aus einem Positionierungssystem vor, wobei das Fahrzeug einen Aktuator, der ein gelenktes Element des Fahrzeuges bewegt, einen Sensor zur Bestimmung eines Positionswertes, der eine Position des gelenkten Elementes angibt, und ein Positionierungssystem, das imstande ist einen Kurvenwert zu erzeugen, der eine Kurve eines Weges angibt, dem das Fahrzeug folgt, aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Stufen umfasst:

– Empfang eines Kurvenwertes vom Positionierungssystem,
– in einer Tabelle, die Kurvenwerte und entsprechende Positionswerte umfasst, einen Positionswert zu finden, der dem Kurvenwert entspricht, und
– Bewegung des Aktuators zu der vom Positionswert angegebenen Position.

Insbesondere kann das Verfahren die Bestimmung des Kurvenwertes und eines entsprechenden Positionswertes durch Interpolation umfassen.
In einem dritten Aspekt sieht die Erfindung ein Lenksystem für ein Fahrzeug vor, das Folgendes aufweist:

– einen Aktuator zur Bewegung eines gelenkten Elementes des Fahrzeuges,
– einen Sensor zur Bestimmung eines Positionswertes, der eine Position des gelenkten Elementes angibt,
– ein Positionierungssystem zur Erzeugung eines Kurvenwertes, der eine Kurve eines Weges angibt, dem das Fahrzeug folgt, und
– Datenspeicherungs- und -verarbeitungsmittel zur Erzeugung einer Aufzeichnung mit einem Positionswert für eine Position des gelenkten Elementes und einem Kurvenwert, der nachfolgend vom Positionierungssystem erhalten wird, während das Fahrzeug mit dem gelenkten Element in dieser Position bewegt wird.

Jedes der im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung beschriebenen Merkmal kann auch im Verhältnis zu den zweiten und dritten Aspekten gelten.
NÄHERE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführung der Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnungen näher beschrieben. Die Zeichnungen zeigen:
1 und 2 Einzelheiten eines Fahrzeuges
3–9 Funktionsdiagramme der Kalibrierung, und
10 Eine Kurve, die das Verhältnis zwischen den Werten des Radsensors und Winkeln des Rades eines Fahrzeuges zeigt.

Die folgenden Abkürzungen werden in Verbindung mit der Beschreibung angewandt:

Abkürzung	Beschreibung
ADC	Analog-Digital-Wandler
CAN	Controller Area Network
Kurve	1/Radius; 0 entspricht geradeaus
EHPS	Elektro-hydraulische Leistungslenkung
GPS	Global Positioning System
MMI	Mensch-Maschine-Schnittstelle
PVED-CL	Proportionale Ventil-Digitalregelung – hier der EHPS controller

1 und 2 zeigen Einzelheiten eines Frontladers oder eines Schaufelladers 1. Die Vorderräder 2 des Laders 1 sind an einem Vorderteil 3 und die Hinterräder 4 sind an einem Hinterteil 5 angeordnet. Eine Schaufel 6 ist am Vorderteil angeordnet und das Hinterteil 5 trägt einen Motor. Die Vorder- und Hinterteile sind durch ein Gelenk 7 verbunden, das ungefähr in der Mitte des Frontladers 1 ist und eine Drehung des Vorderteils 3 im Verhältnis zum Hinterteil 5 ermöglicht. Die Drehung wird von einem hydraulischen Zylinder 8 erzeugt. Der Zylinder 8 erhält hydraulische Flüssigkeit unter Druck, die seine Kolbenstange ein- und ausfährt. Die Zufuhr von hydraulischer Flüssigkeit wird im Wesentlichen von einem Ventil 16 bestimmt, das mit einer Regeleinheit 12 in Verbindung ist oder ein Teil der Regeleinheit 12 ist. In der Ausführung nach 2 kann das Ventilelement 16 über die Leitung 14 bewegt werden, die ein hydraulisches Lenksignal vom Lenkrad zum Ventil 16 überträgt, um eine Spule in einem Gehäuse 17 des Ventils zu bewegen. Alternativ kann die Spule über einen elektrischen Aktuator 18 elektrisch bewegt werden, der über die elektrische Verbindung 13 Signale aus der Verarbeitungseinheit erhält. In einer Ausführung sind der Aktuator und die Verarbeitungseinheit in einer Komponente zusammengebaut, die den benötigten Kurvenwert aus dem GPS-System erhält.
Das Fahrzeug ist mit einem GPS-System versehen, das mit einer Verarbeitungseinheit verbunden ist, die ein Teil der Regeleinheit 12 ist oder mit der Regeleinheit 12 verbunden ist, um eine automatische Lenkung des Fahrzeuges zu ermöglichen. Das GPS-System fordert einen Kurvenwert an, der als Antwort auf die Anforderung den hydraulischen Zylinder 8 bewegt, bis das Fahrzeug der angeforderten Kurve folgt. Für diesen Zweck weist das Lenksystem einen Sensor auf, der eine Position des gelenkten Elementes bestimmt und ei nen entsprechenden Positionswert an die Verarbeitungseinheit sendet.
Um die Kalibrierung des Lenksystems zu vereinfachen, weist die Verarbeitungseinheit eine Tabelle mit Kurvenwerten und entsprechenden Sensorwerten auf, und um die Verarbeitungskapazität zu erhöhen, enthält die Tabelle eine erste Gruppe von Kurvenwerten, die immer für alle Fahrzeuge, die das System verwenden, gleich sind, und eine zweite Gruppe mit zwei Kurvenwerten, die den beiden Außenpositionen des gelenkten Elementes jedes spezifischen Fahrzeuges entsprechen. Auf Grund von Toleranzen und Unterschieden zwischen den Fahrzeugen, sind die Kurvenwerte der zweiten Gruppe typischerweise einzigartig.
Wenn das Fahrzeug gebaut wird, oder nach gewisser Wiederinstandsetzung oder Überholung des Fahrzeuges, werden Sensorwerte vom Sensor erhalten, während das Fahrzeug gefahren wird, während Kurvenwerte vom GPS erhalten und zusammen mit entsprechenden Positionswerten, die vom Sensor erhalten werden, in der Tabelle gespeichert werden. Wenn die Tabelle aufgestellt worden ist, kann die Auto-Lenkung vereinfacht werden, wobei die Verarbeitungseinheit angeforderte Kurvenwerte erhält. Wenn ein angeforderter Kurvenwert außerhalb der den Außenpositionen der Lenkung des betreffenden Fahrzeuges entsprechenden Kurvenwerte liegt, wird das gelenkte Element einfach in die Außenposition bewegt, bis ein Kurvenwert angefordert wird, der innerhalb des Bereiches liegt.
Annahmen

1. Der GPS-Regler muss einen eingebauten Spezialmodus aufweisen, in dem die augenblickliche Kurve an andere Teile des Systems weitergeleitet wird. Dies kann nur dann geschehen, wenn die Teile an einem fahrenden Fahrzeug montiert sind, da ein stationäres Ob jekt keinen Steuerkurs, keine Flugbahn oder Fahrradius hat.
2. Das System muss einen Operator mit Mitteln zum Starten, Stoppen und Wiederaufnehmen des Autokalibrierungsverfahrens vorsehen. Dieser kannn ein MMI-Regler sein, der über den CAN Bus mit anderen Teilen des Systems kommuniziert.

Aktivitäten
Das Folgende ist eine Liste von Aktivitäten, die auszuführen sind, um das Autokalibrierungsverfahren abzuschließen:

1. Der minimale (max left) Kurvenwert and der maximale (max right) Kurvenwert müssen bestimmt werden, weil sie fahrzeugabhängig sind. Diese Werte ermöglichen es dem Regler, den Abstand/die Stufe zu berechnen, der/die in der Kurve-Sensorwerte-Nachschlage-Tabelle verwendet wird. Dies kann durch ein maximales Drehen der Räder nach links/rechts (auf Grund der während der „primitiven„ manuellen Kalibrierung konfigurierten Werte) und Betrachten der augenblicklichen, vom GPS-Regler bei fahrendem Fahrzeug, angegebenen Kurve, erzielt werden.
2. Da der entscheidende Faktor darin liegt, eine hohe Genauigkeit zu erzielen, während einer geraden Linie gefolgt wird, ist es wichtig die Radwinkelneutralposition zu kalibrieren. Dies bedeutet, dass der Rohwert gefunden werden muss, der vom Rückmeldesensor berichtet wird, wenn das Fahrzeug geradeaus fährt. Wenn der Wert einmal gefunden worden ist, muss der Kleinsignaltreiber neu konfiguriert werden, um die Skalierung in angemessener Weise auszuführen. PVED-CL muss die Räder in die Neutralposition (nach den vorkonfigurierten Werten) bewegen und den augenblicklichen, vom GPS Regler gesandten Kurvenbericht kontrollieren. Der Unterschied zwischen den berichteten und neutralen Kurvenwerten gibt an, welche Art von Korrektur, nach links oder nach rechts, erforderlich ist. Dann bewegt der Regler die Räder entsprechend, bis der neutrale Kurvenwert berichtet wird. Der rohe Rückmeldesensorwert, für den der GPS-Regler die neutrale Kurve berichtet, muss den Wert ersetzen, der während des manuellen Kalibrierungsverfahrens aufgestellt wurde.
3. Damit der Regler die Kurvenbefehle korrekt interpretieren und gültige, geschätzte Kurvenberichte senden kann, müssen die Sensorwerte für einige Kurven zwischen den neutralen und den min/max Werten gefunden werden. Diese Werte müssen in den Nachschlagtabellen gespeichert werden. Die Kurve-zu-Sensorwerttabelle wird bei der Lenkung verwendet, wogegen die Sensorwert-zu-Kurventabelle zur Herstellung von Berichten verwendet wird. Zwei separate Tabellen (regelmäßig angebrachte Punkte im Kurven- bzw. Sensorwertbereich) werden einen schnelleren Betrieb verursachen, weil keine komplexen Suchalgorithmen benötigt werden. PVED-CL wird die Räder zur neutralen Position bewegen. Wenn dies erfolgt ist, wird der Regler die Räder langsam zur Seite bewegen und sowohl die Sensorwerte als auch die augenblicklichen Kurvenberichte beachten. Die Sensorwerte, die den Kurvenwerten entsprechen, für die der Unterschied vom Neutralwert als eine ganzzahlige Anzahl von Stufen berechnet in Punkt 1 ausgedrückt werden kann, werden in der Kurve-zu-Sensorwert Nachschlagtabelle gespeichert. Die entsprechende Regel gilt für die Kurven, die den vorgewählten (Designbeschluss) Sensorwerten entsprechen.
4. Die Daten der Nachschlagtabelle müssen in dem nichtflüchtigen Speicher gespeichert werden, der es dem Regler ermöglicht die Daten zu verwenden, bis das Kalibrierungsverfahren wieder ausgeführt wird, was dann erfolgen soll, wenn z. B. der Rückmeldesensor ausgetauscht oder die mechanische Lenkgeometrie des Fahrzeuges geändert wird (z. B. auf Grund von Justierungen).

Voraussetzungen

1. Das manuelle Kalibrierungsverfahren muss ausgeführt werden um die Richtung, links/rechts, zu spezifizieren. Dadurch ergeben sich die rohen Rückmeldesensorwerte für max linke, neutrale und max rechte Radposition, die im Konfigurationsspeicher des PVED-CL gespeichert werden.
2. Zweckmäßige Geräte, einschließlich des GPS-Reglers mit „augenblicklicher Kurvenüberwachung„, des Rückmeldesensors, des MMI-Reglers und des mindestens einen Lenkgerätes, müssen in die PVED-CL Konfiguration eingeführt und aktiviert werden.
3. PVED-CL muss mit den korrekten Netzwerkadressen (J1939/ISOBUS) der Geräte, die im CAN-Bus eingeführt sind, konfiguriert werden.

Annahmen und Designbeschlüsse

1. Das Rückmeldesensorsignal wird intern durch einen Wert im Bereich 1000 .. –1000 dargestellt, wobei –1000 der max linken, 0 der neutralen und 1000 der max rechten Position entspricht. Korrekte Skalierung er folgt durch einen Kleinsignal-ADC-Treiber, der mit den im nicht-flüchtigen Speicher gespeicherten Werten konfiguriert ist (z. B. rohe Sensoranzeigen für die max linke, neutrale und max rechte Position).
2. Die Nachschlagetabellen enthalten regelmäßig angeordnete Punkte (32 für jede Richtung in der Tabelle) im Kurven- bzw. Sensorwertbereich. Die regelmäßige Anordnung bedeutet, dass die Eingabewerte nicht gespeichert werden müssen.
3. Der Radwinkel ist auf 45–50 Grad in jede Richtung (90–100 Grad insgesamt) begrenzt. Sollten breitere Winkel erforderlich sein, müssen weitere Punkte in der Tabelle gespeichert werden – diese mögliche Änderung sollte durch korrekte Implementierung unterstützt werden.
4. Das Autokalibrierungsverfahren wird durch eine korrekte Ereignisangabe, z. B. einen CAN-Befehl, eine Lenkradbewegung und/oder aktive Signale von anderen Lenkgeräten, gestartet, gestoppt und wieder aufgenommen.

Die 3–9 zeigen Flussdiagramme für ein System, in dem die folgenden Definitionen gelten:

Definition	Beschreibung
r_sv	erforderlicher Rückmeldesensorwert
c_sv	augenblicklicher Rückmeldesensorwert
temp_sv	gespeicherter Rückmeldesensorwert (Hilfsvariabel)
r_rsv	erforderlicher, roher Rückmeldesensorwert
c_rsv	augenblicklicher, roher Rückmeldesensorwert
temp_rsv	gespeicherter, roher Rückmeldesensorwert (Hilfsvariabel)
r_c	erforderliche Kurve
c_c	augenblickliche Kurve
temp_c	gespeicherte Kurve (Hilfsvariabel)
step_c_left	Unterschied zwischen Kurvenwerten, für die Sensorwerte in der Kurve-zu-Sensorwertnachschlagtabelle gespeichert sind (Lenkung nach links)
step_c_right	Unterschied zwischen Kurvenwerten, für die Sensorwerte in der Kurve-zu-Sensorwertnachschlagtabelle gespeichert sind (Lenkung nach rechts)
step_cnt	Stufenzähler (Hilfsvariabel)
step_sv	Unterschied zwischen Sensorwerten, für die Kurvenwerte in der Sensorwert-zu-Kurvennachschlagtabelle gespeichert sind (Designbeschluss)
step_max	Stufenanzahl (Designbeschluss)

3 zeigt ein Flussdiagramm für das Verfahren der Bestimmung von Minimumkurvenwerten und Maximumkurvenwerten eines Fahrzeugs.
4 und 5 zeigen einen Überblick und eine detaillierte Ansicht des Verfahrens der Neutralkalibrierung des Fahrzeugs.
6 zeigt die Kalibrierung der linken und rechten Seite in einem Überblick, und 7 zeigt Einzelheiten der Kalibrierung der linken Seite, wogegen 8 Einzelheiten der Kalibrierung der rechten Seite zeigt.
Beispiel
Das unten aufgeführte Beispiel zeigt den Aufbau der Nachschlagtabellen. Man beachte, dass die folgenden Annahmen/Beschlüsse gemacht worden sind:

1. Die Nachschlagtabellen enthalten vier Punkte in jede Richtung.
2. Das Kurvenformat folgt der ISOBUS Standarddefinition – 32128 entspricht geradeaus, Einheit: 1/(4 km), Abweichung –8032 km^–1.
3. Fahrzeuglänge (Achsenabstand): 4 m.
4. Die Rückmeldesensorcharakteristiken (skaliert auf –1000 .. 1000), vgl. auch 11, die das Verhältnis zwischen dem Sensorwert und dem Winkel zeigt.

Die min und max Kurvenwerte sind bestimmt worden. Die Kurvendifferenz/Stufenwerte für die Kurve-zu-Sensorwerttabelle können berechnet werden: (32128 – 31596)/4 = 133 bzw. (32705 – 32128)/4 = 144.
Der erste Punkt für die linke Seite...
Der erste Punkt für die linke Seite – Kurve-zu-Sensorwert-Nachschlagtabelle...
Das Verfahren wird fortgesetzt, bis die ganze Tabelle ausgefüllt worden ist, vgl. die folgende Tabelle, in der die schraffierten Zellen Informationen enthalten, die im leistungsunabhängigen Speicher gespeichert werden müssen.
Zusammenfassung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Lenksystems für ein Fahrzeug, z. B. ein Geländefahrzeug, um automatische Lenkung auf Grund von Eingaben aus einem Positionierungs- oder Überwachungssystem, z. B. auf Grund eines Global Positioning System (GPS), zu ermöglichen. Mindestens zwei Aufzeichnungen, jeweils mit einem Positionswert und einem Kurvenwert, werden erzeugt. Der Positionswert gibt eine Position des gelenkten Elementes an, z. B. eine Position eines gelenkten Rades des Fahrzeuges, und der Kurvenwert kann z. B. als Radius einer Kurve ausgedrückt werden, der bei dieser Position des gelenkten Elementes das Fahrzeug folgt. Der Kurvenwert wird während einer Bewegung des Fahrzeuges vom Positionierungssystem bestimmt. Auf Grund der Aufzeichnungen ist es einfach, das System zu kalibrieren oder neu zu kalibrieren, und die Erfindung ist deshalb verwendbar in Verbindung mit der Herstellung von kleinen Serien von Fahrzeugen, z. B. für Einzelstück-Herstellung oder für den Neueinbau von Lenkkomponenten in existierenden Fahrzeugen. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben des Fahrzeuges und ein Lenksystem, das das oben erwähnte Kalibrierungsverfahren verwendet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6052647 [0002]
- US 6539303 [0002]

Claims

Verfahren zur Kalibrierung eines Lenksystems für ein Fahrzeug, wobei das System einen Aktuator zur Bewegung eines gelenkten Elementes, einen Sensor zur Bestimmung eines Positionswertes, der eine Position des gelenkten Elementes angibt, und ein Positionierungssystem zur Bestimmung eines Kurvenwertes, der eine Kurve eines Weges angibt, dem das Fahrzeug folgt, aufweist, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Erzeugung einer ersten Aufzeichnung mit einem Positionswert, der eine erste Position eines gelenkten Elementes angibt, und einem Kurvenwert, der während einer Bewegung des Fahrzeuges mit dem gelenkten Element in der ersten Position bestimmt wird, – Erzeugung einer zweiten Aufzeichnung mit einem Positionswert, der eine zweite Po sition des gelenkten Elementes angibt, und einem Kurvenwert, der während einer Bewegung des Fahrzeuges mit dem gelenkten Element in der zweiten Position bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Verhältnis zwischen einem Positionswert und einem Kurvenwert bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Verhältnis durch eine Interpolation zwischen den Werten der ersten und zweiten Aufzeichnung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Interpolation linear ist.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das gelenkte Element über eine Mittelposition zwischen zwei Außenpositionen bewegbar ist, und wobei das gelenkte Element an einer Vielzahl von verschiedenen Positionen zwischen einer der Außenpositionen und der Mittelposition gestoppt wird, während Aufzeichnungen gemacht werden, die Positionswerte und Kurvenwerte enthalten.
Verfahren nach Anspruch 5, fortgesetzt für Positionen zwischen der gegenüberliegenden Außenposition und der Mittelposition.
Verfahren zur Lenkung eines Fahrzeuges auf Grund von Befehlen aus einem Positionierungssystem, wo bei das Fahrzeug einen Aktuator zur Bewegung eines gelenkten Elementes des Fahrzeuges, einen Sensor zur Bestimmung eines Positionswertes, der eine Position des gelenkten Elementes angibt, und ein Positionierungssystem zur Bestimmung eines Kurvenwertes, der eine Kurve eines Weges angibt, dem das Fahrzeug folgt, aufweist, und wobei das Verfahren die folgenden Stufen umfasst: – Empfang eines Kurvenwertes vom Positionierungssystem, – finden eines Positionswertes, der dem Kurvenwert entspricht, in einer Tabelle, die Kurvenwerte und entsprechende Positionswerte umfasst, und – Bewegung des Aktuators zu der vom Positionswert angegebenen Position.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Kurvenwert und ein entsprechender Positionswert durch Interpolation bestimmt werden, wenn ein Kurvenwert empfangen wird, der nicht in der Tabelle enthalten ist.
Lenksystemsystem für ein Fahrzeug, das Folgendes aufweist: – einen Aktuator zur Bewegung eines gelenkten Elementes des Fahrzeuges, – einen Sensor zur Bestimmung eines Positionswertes, der eine Position des gelenkten Elementes angibt, – ein Positionierungssystem zur Erzeugung eines Kurvenwertes, der eine Kurve eines Weges angibt, dem das Fahrzeug folgt, und – Datenspeicherungs- und -verarbeitungsmittel zur Erzeugung einer Aufzeichnung mit einem Positionswert für eine Position des gelenkten Elementes und einem Kurvenwert, der nachfolgend vom Positionierungssystem erhalten wird, während das Fahrzeug mit dem gelenkten Element in diese Position bewegt wird.
System nach Anspruch 9, das zusätzlich Datenauswahlmittel enthält, die zur Suche einer Aufzeichnung mit einem bestimmten Kurvenwert und zur Bewegung des gelenkten Elementes vorgesehen sind, bis der Sensor einen Positionswert zurückgibt, der in der gleichen Aufzeichnung enthalten ist.
System nach Anspruch 9 oder 10, das zusätzlich Datenverarbeitungsmittel enthält, die zur Bestimmung eines Verhältnisses zwischen Kurvenwerten und Meldungen über Datenaufzeichnungen vorgesehen sind.
System nach den Ansprüchen 9–11, in dem der Aktuator das gelenkte Element auf Grund eines Flüssigkeitsflusses bewegt.