DE10018191A1 - Lenkeinrichtung für ein Fahrzeug - Google Patents

Lenkeinrichtung für ein Fahrzeug

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbindungslose Lenkeinrichtung für ein Fahrzeug, bei der ein Lenkmechanismus (1) und ein Lenkrad (2) nicht mechanisch miteinander verbunden sind. Die Lenkeinrichtung betreibt einen Lenkmotor (5) des Lenkmechanismus (1) entsprechend einem Lenkdrehmoment zur Vergrößerung oder Verkleinerung eines Lenkwinkels. Das Lenkdrehmoment wird zu diesem Zweck anhand der durch das Detektieren eines Drehwinkels eines mit einer Drehwelle (30) des Lenkrads (2) verbundenen Elektromotors (3) (eines Reaktionsmotors) und eines zum Elektromotor (3) fließenden elektrischen Stroms erhaltenen Ergebnisses, eines Trägheitsmoments des Lenkrads (2) und eines Trägheitsmoments des Elektromotors (3) berechnet. Daher ist es möglich, auf einen Drehmomentsensor, wie eine Torsionsfeder, der viel Einbauplatz benötigt und hohe Kosten verursacht, zu verzichten.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lenkeinrichtung für ein Fahr­ zeug, bei dem ein Lenkmechanismus für die Richtungsänderung der Räder nicht mechanisch mit einem Lenkrad verbunden ist, ein auf das Lenkrad auf­ gebrachtes Lenkdrehmoment erhalten wird und ein in dem Lenkmechanismus vorgesehener Elektromotor entsprechend dem berechneten Lenkdrehmoment angetrieben und gesteuert wird, wodurch ein Lenkwinkel vergrößert oder ver­ kleinert wird.
Ein Lenkvorgang eines Fahrzeugs erfolgt durch Betätigen einer Lenkvorrich­ tung im Fahrgastraum, z. B. durch Übertragen einer Drehung des Lenkrads auf den Lenkmechanismus, der zum Führen der Räder (im allgemeinen der Vorderräder) außerhalb des Fahrgastraums angeordnet ist.
In den letzten Jahren hat eine Lenkeinrichtung (eine kraftgetriebene Lenkein­ richtung, wie eine Servolenkung) für ein Fahrzeug breiten Einsatz gefunden, bei der ein Betätigungselement zur Unterstützung des Lenkvorgangs, z. B. ein Hydraulikzylinder, ein Elektromotor o. ä., in der Mitte des Lenkmechanismus vorgesehen ist, wobei das Betätigungselement zur Unterstützung der Arbeit des Lenkmechanismus entsprechend der Drehung des Lenkrads anhand eines detektierten Ergebnisses einer auf das Lenkrad aufgebrachten Kraft betätigt wird, wodurch das Lenken für den Fahrer weniger kraftaufwendig ist.
Bei der oben genannten herkömmlichen Lenkeinrichtung ist jedoch eine me­ chanische Verbindung zwischen dem Lenkrad, das der Lenkvorrichtung ent­ spricht, und dem Lenkmechanismus erforderlich, so dass es ein Problem da­ hingehend gibt, dass der Einbauort des Lenkrads im Fahrgastraum auf eine Position beschränkt ist, in der die Verbindung mit dem Lenkmechanismus au­ ßerhalb des Fahrgastraums möglich ist, und dass ferner selbst in dem Fall, in dem das Lenkrad in einer Position angebracht ist, in der eine Verbindung möglich ist, eine komplexe Verbindungsstruktur zur Realisierung der Verbin­ dung erforderlich ist, so dass dadurch das Fahrzeuggewicht nicht reduziert und der Montagevorgang nicht vereinfacht werden kann.
In dem japanischen Gebrauchsmuster Nr. 2-29017 ist z. B. eine Lenkeinrich­ tung, wie eine verbindungslose kraftbetriebene (drive-by-wire) Lenkeinrich­ tung, beschrieben, die darauf abzielt, das oben genannte Problem zu lösen. Bei dieser Lenkeinrichtung ist das Lenkrad mechanisch von dem Lenkmecha­ nismus getrennt, und ein Elektromotor, z. B. ein Betätigungselement für die Lenkung, ist in der gleichen Weise in der Mitte des Lenkmechanismus ange­ ordnet wie das Betätigungselement zur Lenkunterstützung bei der herkömmli­ chen Lenkeinrichtung. Der Aufbau ist derart konfiguriert, dass der Lenkvor­ gang entsprechend der Betätigung des Lenkrads durch Aktivieren des Elekt­ romotors auf der Basis eines detektierten Ergebnisses hinsichtlich der Rich­ tung und des Betätigungsumfangs des Lenkrads erfolgt.
Die wie oben beschrieben konfigurierte verbindungslose Lenkeinrichtung bie­ tet Vorteile für die künftige technische Entwicklung auf dem Automobilsektor, z. B. durch Realisieren einer neuen Lenkvorrichtung, wie eines Hebels (eines Joysticks) oder Pedals anstelle des Lenkrads, Realisieren eines Autopilotsys­ tems auf der Basis von Weginformationen, die durch Detektieren von Zeichen auf eine Straßenoberfläche und Empfangen von Satelliteninformationen erhal­ ten werden, und dies zusätzlich zu den oben genannten Faktoren, z. B. größe­ re Freiheit bei der Anordnung des Lenkrads und Verringerung des Fahrzeug­ gewichts.
Bei der vorstehenden Lenkeinrichtung wird ein Drehmomentsensor mit einer Torsionsfeder als herkömmliches Lenkdrehmoment-Detektiersystem verwen­ det. Bei diesem System treten jedoch Probleme dahingehend auf, dass der Drehmomentsensor mit Torsionsfeder sehr kostspielig ist und die Gestaltung aufgrund der Größe und des Einbauortes nur eingeschränkt möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbindungslose Lenkeinrich­ tung für ein Fahrzeug mit einem Drehmomentsensor zum Detektieren eines Lenkdrehmoments zu schaffen, der wenig Platz benötigt und kostengünstig ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des An­ spruchs 1, 6 oder 11.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkein­ richtung bereitgestellt, bei der ein Lenkmechanismus zum Ändern der Rich­ tung (eines Lenkwinkels) eines Rads nicht mechanisch mit einem Lenkrad verbunden ist, ein auf das Lenkrad aufgebrachtes Lenkdrehmoment erhalten wird und ein in dem Lenkmechanismus vorgesehenes Betätigungselement entsprechend dem erhaltenen Lenkdrehmoment angeregt und gesteuert wird, wodurch der Lenkwinkel vergrößert oder verkleinert wird. Die Lenkeinrichtung ist gekennzeichnet durch einen mit einer Drehwelle einer Lenkvorrichtung, wie einem Lenkrad, verbundenen Elektromotor, einen Lenkwinkeldetektor zum Detektieren eines Lenkwinkels der Lenkvorrichtung und eine Berechnungsein­ richtung zum Berechnen des Lenkdrehmoments anhand des von dem Lenk­ winkeldetektor detektierten Lenkwinkels, eines Trägheitsmoments des Lenk­ rads und eines Trägheitsmoments des Elektromotors.
Bei diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Lenkmechanismus zum Ändern der Richtung des Rads nicht mechanisch mit dem Lenkrad verbunden. Durch das auf das Lenkrad aufgebrachte Lenkdrehmoment wird das in dem Lenkmechanismus vorgesehene Betätigungselement entsprechend dem erhal­ tenen Lenkdrehmoment angeregt und gesteuert, wodurch der Lenkwinkel ge­ steuert vergrößert oder verkleinert wird. Der Elektromotor ist mit der Drehwelle des Lenkrads verbunden, und der Lenkwinkeldetektor detektiert den Lenkwinkel des Lenkrads. Die Berechnungseinrichtung berechnet das Lenkdrehmoment anhand des vom Lenkwinkeldetektor detektierten Lenkwinkels, des Trägheitsmoments des Lenkrads und des Trägheitsmoments des Elektromotors.
Daher ist es möglich, eine verbindungslose Lenkeinrichtung zu schaffen, bei der kein Drehmomentsensor, wie eine Torsionsfeder, erforderlich ist, der viel Platz benötigt und kostspielig ist.
Gemäß einer Modifikation des ersten Aspekts ist eine Lenkeinrichtung vorge­ sehen, die ferner einen Stromdetektor zum Detektieren eines durch den Elekt­ romotor fließenden elektrischen Stroms aufweist, wobei die Berechnungsein­ richtung das Lenkdrehmoment anhand des vom Stromdetektor detektierten elektrischen Stroms, des vom Lenkwinkeldetektor detektierten Lenkwinkels, des Trägheitsmoments des Lenkrads und des Trägheitsmoments des Elektromotors berechnet.
Bei diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung detektiert der Stromdetektor den durch den Elektromotor fließenden Strom. Die Berechnungseinrichtung berechnet das Lenkdrehmoment anhand des von dem Stromdetektor detek­ tierten elektrischen Stroms, des vom Lenkwinkeldetektor detektierten Lenk­ winkels, des Trägheitsmoments des Lenkrads und des Trägheitsmoments des Elektromotors. Das heißt, dass die Berechnungseinrichtung eine Ist- Reaktionskraft, die der Elektromotor auf der Basis des von dem Stromdetek­ tor detektierten elektrischen Stroms erzeugt, bestimmt und den Lenkwinkel unter Berücksichtigung der Reaktionskraft berechnet, wenn z. B. der Elektro­ motor als Reaktionsmotor betrieben wird.
Daher ist es möglich, eine verbindungslose Lenkeinrichtung zu schaffen, bei der kein Drehmomentsensor erforderlich ist, der viel Platz benötigt und kost­ spielig ist, selbst wenn der Elektromotor eine Reaktionskraft erzeugt.
Insbesondere bei der Berechnung des Lenkdrehmoments berechnet die Be­ rechnungseinrichtung anhand des Lenkwinkels eine Lenkwinkelbeschleuni­ gung, addiert das Trägheitsmoment des Lenkrads und das Trägheitsmoment des Elektromotors, multipliziert das Additionsergebnis mit der Lenkwinkelbe­ schleunigung und berechnet das Lenkdrehmoment anhand des Multiplika­ tionsergebnisses.
Ferner wird bei der Berechnung des Lenkdrehmoments bei der Modifikation des ersten Aspekts der Erfindung der durch den Elektromotor fließende elekt­ rische Strom vom Stromdetektor detektiert und berechnet die Berechnungs­ einrichtung die Lenkwinkelbeschleunigung anhand des Lenkwinkels, addiert das Trägheitsmoment des Lenkrads und das Trägheitsmoment des Elektromo­ tors, multipliziert die Lenkwinkelbeschleunigung mit dem Additionsergebnis und addiert ferner das Multiplikationsergebnis zu dem auf dem elektrischen Strom basierenden Wert und berechnet auf der Basis des Additionsergebnis­ ses das Lenkdrehmoment.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Lenkeinrich­ tung vorgesehen, bei der ein Lenkmechanismus zum Ändern der Richtung (des Lenkwinkels) eines Rads nicht mechanisch mit einer Lenkvorrichtung, wie einem Lenkrad, verbunden ist, ein auf das Lenkrad aufgebrachtes Drehmo­ ment erhalten wird und ein im Lenkmechanismus vorgesehenes Betätigungs­ element entsprechend dem erhaltenen Lenkdrehmoment angeregt und ge­ steuert wird, wodurch der Lenkwinkel vergrößert oder verkleinert wird. Die Lenkeinrichtung ist gekennzeichnet durch einen mit einer Drehwelle des Lenk­ rads verbundenen Elektromotor, einen Drehwinkeldetektor zum Detektieren eines Drehwinkels der Lenkvorrichtung und eine Berechnungseinrichtung zum Berechnen des Lenkdrehmoments anhand des von dem Drehwinkeldetektor detektierten Drehwinkels, eines Trägheitsmoments der Lenkvorrichtung und eines Trägheitsmoments des Elektromotors.
Bei diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Lenkmechanismus zum Ändern der Richtung des Rads nicht mechanisch mit dem Lenkrad verbunden. Durch das auf das Lenkrad aufgebrachte Drehmoment wird das in dem Lenk­ mechanismus vorgesehene Betätigungselement angeregt und gesteuert, wo­ durch der Lenkwinkel gesteuert vergrößert und verkleinert wird. Der Elektro­ motor ist mit der Drehwelle des Lenkrads verbunden, und der Drehwinkelde­ tektor detektiert den Drehwinkel des Elektromotors. Die Berechnungseinrich­ tung berechnet das Lenkdrehmoment anhand des von dem Drehwinkeldetek­ tor detektierten Drehwinkels, des Trägheitsmoments des Lenkrads und des Trägheitsmoments des Elektromotors. Mit Bezug auf die Lenkeinrichtung ge­ mäß dem oben genannten ersten Aspekt heißt dies, dass das Detektiersystem für den Lenkwinkel nicht erforderlich ist und der Drehwinkel des Elektromo­ tors, der mit dem Lenkwinkel in Beziehung steht, detektiert und anstelle des Lenkwinkels verwendet wird.
Daher ist es möglich, eine verbindungslose Lenkeinrichtung zu schaffen, bei der kein Drehmomentsensor erforderlich ist, der viel Platz benötigt und kost­ spielig ist.
Gemäß einer Modifikation des zweiten Aspekts ist eine Lenkeinrichtung vorge­ sehen, die ferner einen Stromdetektor zum Detektieren eines durch den Elek­ tromotor fließenden elektrischen Stroms aufweist, wobei die Berechnungsein­ richtung das Lenkdrehmoment anhand des vom Stromdetektor detektierten elektrischen Stroms, des Drehwinkels des Elektromotors, des Trägheitsmo­ ments des Lenkrads und des Trägheitsmoments des Elektromotors berechnet.
Bei diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung detektiert der Stromdetektor den durch den Elektromotor fließenden Strom. Die Berechnungseinrichtung berechnet das Lenkdrehmoment anhand des von dem Stromdetektor detek­ tierten elektrischen Stroms, des vom Drehwinkeldetektor detektierten Dreh­ winkels, des Trägheitsmoments des Lenkrads und des Trägheitsmoments des Elektromotors. Das heißt, dass die Berechnungseinrichtung eine Ist- Reaktionskraft, die der Elektromotor auf der Basis des vom Stromdetektor detektierten elektrischen Stroms erzeugt, bestimmt und den Lenkwinkel unter Berücksichtigung der Reaktionskraft berechnet, wenn z. B. der Elektromotor in dem oben genannten Aspekt der Erfindung als Reaktionsmotor betrieben wird.
Daher ist es möglich, eine verbindungslose Lenkeinrichtung zu schaffen, bei der kein Drehmomentsensor erforderlich ist, der viel Platz benötigt und kost­ spielig ist, selbst wenn der Elektromotor eine Reaktionskraft erzeugt.
Insbesondere bei der Berechnung des Lenkdrehmoments bei dem zweiten As­ pekt der Erfindung berechnet die Berechnungseinrichtung anhand des Dreh­ winkels des Elektromotors eine Drehwinkelbeschleunigung, addiert das Träg­ heitsmoment des Lenkrads und das Trägheitsmoment des Elektromotors, multipliziert das Additionsergebnis mit der Drehwinkelbeschleunigung und be­ rechnet das Lenkdrehmoment anhand des Multiplikationsergebnisses.
Ferner wird bei der Berechnung des Lenkdrehmoments bei der Modifikation des zweiten Aspekts der Erfindung der durch den Elektromotor fließende elektrische Strom vom Stromdetektor detektiert, und die Berechnungseinrich­ tung berechnet die Drehwinkelbeschleunigung anhand des Drehwinkels des Elektromotors, addiert das Trägheitsmoment des Lenkrads und das Träg­ heitsmoment des Elektromotors, multipliziert die Drehwinkelbeschleunigung mit dem Additionsergebnis, addiert ferner das Multiplikationsergebnis zu dem auf dem elektrischen Strom basierenden Wert und berechnet auf der Basis des Additionsergebnisses das Lenkdrehmoment.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Lenkeinrich­ tung vorgesehen, bei der ein Lenkmechanismus zum Ändern der Richtung (des Lenkwinkels) eines Rads nicht mechanisch mit einer Lenkvorrichtung, wie einem Lenkrad, verbunden ist, ein auf die Lenkvorrichtung aufgebrachtes Drehmoment erhalten wird und ein im Lenkmechanismus vorgesehenes Betä­ tigungselement entsprechend dem erhaltenen Lenkdrehmoment angeregt und gesteuert wird, wodurch der Lenkwinkel vergrößert oder verkleinert wird. Die Lenkeinrichtung ist gekennzeichnet durch einen mit einer Drehwelle der Lenk­ vorrichtung verbundenen Elektromotor, einen Gegenspannungsdetektor zum Detektieren einer Gegenspannung des Elektromotors und eine Berechnungs­ einrichtung zum Berechnen des Lenkdrehmoments anhand der vom Gegen­ spannungsdetektor detektierten Gegenspannung, eines Trägheitsmoments der Lenkvorrichtung und eines Trägheitsmoments des Elektromotors.
Bei diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Lenkmechanismus zum Ändern der Richtung des Rads nicht mechanisch mit dem Lenkrad verbunden, wird das auf das Lenkrad aufgebrachte Drehmoment erhalten und wird das in dem Lenkmechanismus vorgesehene Betätigungselement angeregt und ge­ steuert, wodurch der Lenkwinkel gesteuert vergrößert und verkleinert wird. Der Elektromotor ist mit der Drehwelle des Lenkrads verbunden, und der Ge­ genspannungsdetektor detektiert die Gegenspannung des Elektromotors. Die Berechnungseinrichtung berechnet das Lenkdrehmoment anhand der vom Gegenspannungsdetektor detektierten Gegenspannung, des Trägheitsmo­ ments des Lenkrads und des Trägheitsmoments des Elektromotors. Mit Bezug auf die Lenkeinrichtung gemäß dem oben genannten ersten und zweiten As­ pekt bedeutet dies, dass die Detektiersysteme für den Lenkwinkel und den Drehwinkel nicht erforderlich sind und die Gegenspannung des Elektromotors, die mit dem Lenkwinkel und dem Drehwinkel in Beziehung steht, detektiert und anstelle des Lenkwinkels verwendet wird.
Daher ist es möglich, eine verbindungslose Lenkeinrichtung zu schaffen, bei der kein Drehmomentsensor erforderlich ist, der viel Platz benötigt und kost­ spielig ist.
Insbesondere bei der Berechnung des Lenkdrehmoments bei diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung addiert die Berechnungseinrichtung das Träg­ heitsmoment des Lenkrads und das Trägheitsmoment des Elektromotors, multipliziert die Gegenspannung mit dem Additionsergebnis und berechnet das Lenkdrehmoment anhand des Multiplikationsergebnisses.
Ferner ist es, wie weiter unten beschrieben beim aktiven Einsatz des Elektro­ motors als Reaktionsmotor, der eine Kraft (eine Reaktionskraft) in zur Arbeits­ richtung des Lenkrads entgegengesetzter Richtung aufbringt, praktisch un­ möglich, die Gegenspannung zu detektieren. Beim passiven Einsatz des Elek­ tromotors als Detektiersystem für die Gegenspannung und nicht als Reakti­ onsmotor gilt die vorstehende Definition jedoch nicht.
Ferner ist gemäß einer weiteren Modifikation der vorliegenden Erfindung eine Lenkeinrichtung wie im oben genannten ersten und zweiten Aspekt beschrie­ ben vorgesehen, bei der der Elektromotor ein Reaktionsmotor ist, der eine Kraft in einer der Arbeitsrichtung des Lenkrads entgegengesetzten Richtung auf das Lenkrad aufbringt.
Bei diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der mit der Drehwelle des Lenkrads verbundene Elektromotor der Reaktionsmotor, der die Kraft (die Re­ aktionskraft) in einer der Arbeitsrichtung des Lenkrads entgegengesetzten Richtung auf das Lenkrad aufbringt.
Daher ist es möglich, den bestehenden Reaktionsmotor derart einzusetzen, dass der Fahrer wie beim Einsatz des Elektromotors bei der verbindungslosen Lenkeinrichtung dasselbe Fahrgefühl hat wie bei der verbundenen Lenkein­ richtung. In diesem Fall kann, wie oben erwähnt, bei der Lenkeinrichtung ge­ mäß dem dritten Aspekt der Elektromotor nicht durch den Reaktionsmotor ersetzt werden, es kann jedoch ein Elektromotor zusätzlich zum Reaktionsmo­ tor vorgesehen sein.
Im folgenden werden die oben genannten und weitere Aufgaben und Merkma­ le der Erfindung anhand der detaillierten Beschreibung und der Zeichnungen genauer erläutert. Es zeigen:
Fig. 1A eine schematische Ansicht einer prinzipiellen Konfiguration einer Lenkeinrichtung für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfin­ dung;
Fig. 1B eine schematische Ansicht einer prinzipiellen Konfiguration, bei der ein Drehzahlerhöhungsgetriebe zum Erhöhen der Drehzahl ei­ nes Elektromotors zwischen einem Lenkrad und einem Reakti­ onsmotor in der Lenkeinrichtung mit der in Fig. 1A dargestellten prinzipiellen Konfiguration vorgesehen ist;
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines wesentlichen Teils einer Konfiguration der Lenkeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung; und
Fig. 3 ein Flussdiagramm mit Darstellung eines Arbeitsgangs der Lenk­ einrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung.
Im folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen detailliert beschrieben.
Fig. 1A ist eine schematische Ansicht einer prinzipiellen Konfiguration einer Lenkeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Lenkeinrichtung um­ fasst im wesentlichen einen Elektromotor (einen Reaktionsmotor) 3, der mit einer Drehwelle 30 eines Lenkrads 2 zum Aufbringen einer Kraft (einer Reak­ tionskraft) auf das Lenkrad 2 in einer der Arbeitsrichtung des Lenkrads 2 ent­ gegengesetzten Richtung verbunden ist, einen Drehkodierer 33a zum Detek­ tieren eines Lenkwinkels des Lenkrads 2, einen Drehkodierer 33b zum Detek­ tieren eines Drehwinkels des Elektromotors 3 und einen Gegenspannungs-/­ Stromdetektor 34 zum Detektieren einer Gegenspannung des Elektromotors 3 und eines durch den Elektromotor 3 fließenden Stroms.
Ferner umfasst die Lenkeinrichtung eine Lenksteuereinheit 4 zum Berechnen/­ Detektieren eines auf das Lenkrad 2 aufgebrachten Lenkdrehmoments an­ hand eines vom Drehkodierer 33a detektierten Lenkwinkels, eines von dem Drehkodierer 33b detektierten Drehwinkels oder einer von dem Gegenspan­ nungs-/Stromdetektor 34 detektierten Gegenspannung, eines Trägheitsmo­ ments des Lenkrads 2 und eines Trägheitsmoments des Elektromotors 3.
Die Lenksteuereinheit 4 ist auch in der Lage, das auf das Lenkrad 2 aufge­ brachte Lenkdrehmoment entweder anhand eines von dem Drehkodierer 33a detektierten Lenkwinkels oder eines von dem Drehkodierer 33b detektierten Drehwinkels und eines von dem Gegenspannungs-/Stromdetektor 34 detek­ tierten Stroms, des Trägheitsmoments des Lenkrads 2 und des Trägheitsmo­ ments des Elektromotors 3 zu berechnen/detektieren.
Die Lenksteuereinheit 4 steuert anhand des berechneten/detektierten Lenk­ drehmoments eine Reaktionskraft, die mittels des Elektromotors 3 in einer zur Arbeitsrichtung des Lenkrads 2 entgegengesetzten Richtung auf das Lenkrad 2 aufgebracht wird.
Fig. 1B zeigt eine schematische Ansicht einer prinzipiellen Konfiguration, bei der ein Drehzahlerhöhungsgetriebe zum Erhöhen der Drehzahl eines Elektro­ motors 3 zwischen dem Drehkodierer 33a auf einer Seite des Lenkrads 2 und dem Elektromotor 3 in der Lenkeinrichtung mit der in Fig. 1A dargestellten prinzipiellen Konfiguration vorgesehen ist.
Nachstehend folgt eine Beschreibung des Prinzips eines Steuersystems der Lenkeinrichtung, die diese beiden Konfigurationen aufweist.
Da die Konfiguration mit dem Steuersystem aus Fig. 1A kein Drehzahlerhö­ hungsgetriebe 7 aufweist, kann zunächst davon ausgegangen werden, dass ein vom Drehkodierer 33a detektierter Lenkwinkel θ0 des Lenkrads 2 einem vom Drehkodierer 33b detektierten Drehwinkel θm des Elektromotors 3 gleich ist, wodurch die Beziehung der beiden durch folgende Gleichung (1) darge­ stellt werden kann:
θm = θh (1)
Ferner kann bei Festlegung des von dem Lenkrad 2 auf einen Elektromotor 3 aufgebrachten Drehmoments als Tx und des vom Elektromotor 3 auf das Lenkrad 2 aufgebrachten Drehmoments als Ty die Beziehung der beiden durch die folgende Gleichung (2) dargestellt werden.
Tx = Ty (2)
Hierbei ist T ein Ist-Drehmoment (Lenkdrehmoment), das auf das Lenkrad 2 aufgebracht wird, Tm ein Ist-Drehmoment, das vom Elektromotor 3 erzeugt wird, Ih (ein fester Wert) ein vorbestimmtes Trägheitsmoment des Lenkrads 2, Im (ein fester Wert) ein vorbestimmtes Trägheitsmoment des Elektromotors 3, Ch (ein fester Wert) ein vorbestimmter Koeffizient des Viskositätswider­ stands zwischen dem Lenkrad 2 und dem Drehzahlerhöhungsgetriebe 7 und Cm (ein fester Wert) ein vorbestimmter Koeffizient des Viskositätswiderstands zwischen dem Drehzahlerhöhungsgetriebe 7 und dem Elektromotor 3, wobei eine Beziehung zwischen den oben genannten Werten Tx und Ty durch die fol­ genden Gleichungen (3) und (4) dargestellt werden kann.
Tx = T - Ih.θh" - Ch.θh' (3)
TY = Tm + Im.θm" + Cm.θm' (4)
wobei θ' = dθ/dt; θ" = d2θ/dt2.
Durch Einsetzen der Gleichungen (3) und (4) in die Gleichung (2) wird folgen­ de Gleichung erhalten:
T - Ih.θh" Ch.θh' = Tm + Im.θm" + Cm.θm'
Das heißt:
T = Tm + Im.θm" + Cm.θm' + Ih.θh" + Ch.θh' (5)
Anhand der Gleichung (1) kann die Gleichung (5) durch folgenden Gleichun­ gen (6a) und (6b) dargestellt werden:
T = Tm + Im.θh" + Cm.θh' + Ih.θh" + Ch.θh' = Tm + (Im + Ih)θh" + (Cm + Ch)θh' (6a)
T = Tm + Im.θm + Cm.θm' + Ih.θm" + Ch.θm' = Tm + (Im + Ih)θm" + (Cm + Ch)θm' (6b)
Daher ist es möglich, aus den Gleichungen (6a) und (6b) das Lenkdrehmo­ ment T nur durch Detektieren entweder des Lenkwinkels θh des Lenkrads 2 oder des Drehwinkels θm des Elektromotors 3 zu erhalten, solange der Elekt­ romotor 3 nicht als Reaktionsmotor verwendet wird, d. h. Tm = 0 ist.
Somit gilt:
T = (Im + Ih)θh" + (Cm + Ch)θh' (7a)
T = (Im + Ih)θm" + (Cm + Ch)θm' (7b)
Im folgenden ist Ke ein Koeffizient der Gegenspannung des Elektromotors 3; eine Gegenspannung V des Elektromotors 3 kann durch folgende Gleichung dargestellt werden:
V = Ke.θm'
Das heißt:
θm' = V/Ke = θh' (8a)
θm" = V'/Ke = θh" (8b)
wobei V' = dV/dt.
Somit werden anhand der Gleichungen (8a) und (8b) die Gleichungen (7a) und (7b) wie folgt dargestellt:
T = (Im + Ih) V'/Ke + (Cm + Ch) V/Ke (9)
Daher ist es möglich, aus der Gleichung (9) das Lenkdrehmoment T nur durch Detektieren der Gegenspannung V des Elektromotors 3 zu erhalten, solange der Elektromotor 3 nicht als Reaktionsmotor verwendet wird.
Im Gegensatz dazu wird das Lenkdrehmoment T aus einem durch den Elekt­ romotor 3 fließenden elektrischen Strom i erhalten, wenn der Elektromotor 3 als Reaktionsmotor verwendet wird, d. h. Tm + ≠ 0 ist, da es offensichtlich nicht möglich ist, die Gegenspannung V zu detektieren.
Im folgenden ist Kt ein Koeffizient des Drehmoments des Elektromotors 3, wobei ein vom Elektromotor 3 erzeugtes Ist-Drehmoment Tm durch die fol­ gende Gleichung (10) dargestellt werden kann:
Tm = i.Kt (10)
Somit können die folgenden Gleichungen (11a) und (11b) durch Einsetzen der Gleichung (10) in die Gleichungen (6a) und (6b) erhalten werden:
T = i.Kt + (Im + Ih)θh" + (Cm + Ch)θh' (11a)
T = i.Kt + (Im + Ih)θm" + (Cm + Ch)θm' (11b)
Daher ist es selbst dann, wenn der Elektromotor 3 als Reaktionsmotor einge­ setzt wird, möglich, das Lenkdrehmoment T entweder anhand des Lenkwin­ kels θh des Lenkrads 2 oder des Drehwinkels θm des Elektromotors 3 und des durch den Elektromotor 3 fließenden Stroms i zu erhalten.
Somit gilt:
ωh = θh'; ωh' = dωh/dt = θh"
ωm = θm'; ωm' = dωm/dt = θm"
Die Gleichungen (11a) und (11b) können durch folgende Gleichungen (12a) und (12b) dargestellt werden:
T = i.Kt + (Im + Ih)ωh' + (Cm + Ch)ωh (12a)
T = i.Kt + (Im + Ih)ωm' + (Cm + Ch)ωm (12b)
Da das System das Drehzahlerhöhungsgetriebe 7 aufweist, kann, wenn das Getriebeübersetzungsverhältnis des Drehzahlerhöhungsgetriebes 7 n : 1 be­ trägt, bei einem Steuersystem gemäß Fig. 1B als nächstes der von dem Dreh­ kodierer 33a detektierte Lenkwinkel θh des Lenkrads 2 und der von dem Drehkodierer 33b detektierte Drehwinkel θm des Elektromotors 3 durch fol­ gende Gleichung (13) dargestellt werden:
θm = n.θh (13)
Ferner ist im folgenden Tx ein von dem Lenkrad 2 auf den Elektromotor 3 auf­ gebrachtes Drehmoment, d. h. das auf ein Zahnrad auf der Lenkradseite 2 des Drehzahlerhöhungsgetriebe 7 aufgebrachtes Drehmoment, und Ty ein vom Elektromotor 3 auf das Lenkrad 2 aufgebrachtes Drehmoment, d. h. ein auf das Zahnrad auf der Elektromotorseite 3 des Drehzahlerhöhungsgetriebes 7 aufgebrachtes Drehmoment, wobei die Beziehung zwischen Tx und Ty durch folgende Gleichung (14) dargestellt wird:
Tx = n.Ty (14)
Hierbei ist T ein auf das Lenkrad 2 aufgebrachtes Ist-Drehmoment (das Lenk­ drehmoment), Tm ein vom Elektromotor 3 erzeugtes Ist-Drehmoment, Ih (ein fester Wert) ein vorbestimmtes Trägheitsmoment des Lenkrads 2, Im (ein fes­ ter Wert) ein vorbestimmtes Trägheitsmoment des Elektromotors 3, Ch (ein fester Wert) ein vorbestimmter Koeffizient des Viskositätswiderstands zwi­ schen dem Lenkrad 2 und dem Drehzahlerhöhungsgetriebe 7 und Cm (ein fes­ ter Wert) ein vorbestimmter Koeffizient des Viskositätswiderstands zwischen dem Drehzahlerhöhungsgetriebe 7 und dem Elektromotor 3, wobei die Bezie­ hung zwischen Tx und Ty durch folgende Gleichungen (3) und (4) dargestellt werden kann:
Tx = T - Ih.θh" - Ch.θh' (3)
Ty = Tm + Im.θm" + Cm.θm' (4)
wobei θ' = dθ/dt; θ" = d2θ/dt2.
Aus dem Einsetzen der Gleichungen (3) und (4) in die Gleichung (14) folgt:
T - Ih.θh" Ch.θh' = n(Tm + Im.Im.θm" + Cm.θm') = nTm + nIm + nIm.θm" + nCm.θm'
Das heißt:
T = nTm + nIm.θm" + nCm.θm' + Ih.θh" + Ch.θh' (15)
Anhand der Gleichung (13) kann die Gleichung (15) durch die folgenden Glei­ chungen (16a) oder (16b) dargestellt werden:
T = nTm + nIm.(nθh") + nCm.(nθh') + Ih.θh" + Ch.θh = nTm + n2Im.θh" + n2Cm.θh + Ih.θh" + Ch.θh' = nTm + (n2Im + Ih)θh" + (n2Cm + Ch)θh' (16a)
T = nTm + nIm.θm" + nCm.0m' + Ih.(θm"/n) + Ch.(θm'/n) = nTm + nIm.θm" + nCm.θm' + N-1Ih.θm" + n-1Ch.θm' = nTm + (n2Im + Ih)θm"/n + (n2Cm + Ch)θm'/n (16b)
Daher ist es möglich, aus den Gleichungen (16a) und (16b) das Lenkdreh­ moment T nur durch Detektieren entweder des Lenkwinkels θh des Lenkrads 2 oder des Drehwinkels θm des Elektromotors 3 zu erhalten, solange der Elekt­ romotor 3 nicht als Reaktionsmotor verwendet wird, d. h. Tm = 0 ist.
Somit gilt:
T = (n2Im + Ih)θh" + (n2Cm + Ch)θh' (17a)
T = (n2Im + Ih)θm"/n + (n2Cm + Ch)θm'/n (17b)
Wie oben erwähnt, wird hier die Gegenspannung V des Elektromotors 3 durch folgende Gleichung dargestellt:
V Ke.θm'
Das heißt:
θm' = V/Ke; θm" = V'Ke (18a)
Ferner gilt anhand der Gleichung (14):
θh' = V/(n.Ke); θh" = V'/(n.Ke) (18b)
wobei V' = dV/dt.
Somit können die Gleichungen (17a) und (17b) anhand der Gleichungen (18a) und (18b) durch die folgende Gleichung (19) dargestellt werden:
T = (n2Im + Ih) V'/(n.Ke) + (n2Cm + Ch)V/(n.Ke) (19)
Daher ist es möglich, aus der Gleichung (19) das Lenkdrehmoment T nur durch Detektieren der Gegenspannung V des Elektromotors 3 zu erhalten, so­ lange der Elektromotor 3 nicht als Reaktionsmotor verwendet wird.
Im Gegensatz dazu wird das Lenkdrehmoment T aus einem durch den Elekt­ romotor 3 fließenden elektrischen Strom i erhalten, wenn der Elektromotor 3 als Reaktionsmotor verwendet wird, d. h. Tm ≠ 0 ist, da es offensichtlich nicht möglich ist, die Gegenspannung V zu detektieren.
Wie oben erwähnt, wird das vom Elektromotor 3 erzeugte Ist-Drehmoment Tm wie folgt dargestellt:
Tm = i.Kt (10)
Aus dem Einsetzen der Gleichung (10) in die Gleichungen (16a) und (16b) folgt:
T = n(i.Kt) + (n2Im + Ih)θh" + (n2Cm + Ch)θh' (20a)
T = n(i.Kt) + (n2Im + Ih)θm"/n + (n2Cm + Ch)θm'/n (20b)
Daher ist es selbst dann, wenn der Elektromotor 3 als Reaktionsmotor einge­ setzt wird, möglich, das Lenkdrehmoment T entweder anhand des Lenkwin­ kels θh des Lenkrads 2 oder des Drehwinkels θm des Elektromotors 3 und des durch den Elektromotor 3 fließenden Stroms i zu erhalten.
Somit gilt:
ωh = θh'; ωh' = dωh/dt = θh"
ωm = θm'; ωm' = dωm/dt = θm"
In diesem Fall können die Gleichungen (20a) und (20b) durch die folgenden Gleichungen (21a) und (21b) dargestellt werden.
T = n(i.Kt) + (n2Im + Ih) ωh' + (n2Cm + Ch)ωh (21a)
T = n(i.Kt) + (n2Im + Ih) ωm'/n + (n2Cm + Ch)ωm/n (21b)
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines wesentlichen Teils einer Konfiguration einer Lenkeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung. Hinsichtlich dieser Lenkeinrichtung ist die Ausführungsform, bei der die Gleichung (21b) zur Anwendung kommt, dargestellt. Diese Lenkeinrichtung weist einen Lenkmechanismus 1 zum Führen eines auf der linken und rechten Seite einer (nicht gezeigten) Fahrzeugkarosserie angeordneten Radpaars 10, ein als Lenkvorrichtung dienendes Lenkrad 2, das derart angeordnet ist, dass es mechanisch vom Lenkmechanismus 1 getrennt ist, einen Elektromotor 3, der eine Reaktionskraft auf das Lenkrad 2 aufbringt und eine Lenksteuerein­ heit 4 mit Mikroprozessor auf. Die Lenkeinrichtung ist derart konfiguriert, dass die Lenksteuereinheit 4 einen in der Mitte des Lenkmechanismus 1 angeord­ neten Lenkmotor 5 entsprechend der Operation des Lenkrads 2 derart be­ treibt, dass der Lenkmechanismus 1 betätigt wird.
Bei dem Lenkmechanismus 1 sind beide Endbereiche einer Lenkwelle 11, die in linker und rechter Richtung der Fahrzeugkarosserie verläuft und sich in Wellenrichtung bewegt, und Gelenkarme 12, die die Räder 10 über einzelne Verbindungsstangen 12 haften, derart miteinander verbunden, dass die Ge­ lenkarme 12 aufgrund einer Schubbewegung der Lenkwelle 11 in beiden Rich­ tungen über die Verbindungsstange 13 im Gegentakt und die Räder 10 nach links oder rechts bewegt werden. Diese Richtungseinstellung erfolgt durch Umwandeln der Drehung des koaxial im Mittenbereich der Lenkwelle 11 vor­ gesehenen Lenkmotors 5 in die Schubbewegung der Lenkwelle 11 mittels ei­ nes geeigneten Bewegungsumwandlungsmechanismus.
Die Drehung der Lenkwelle 11 auf der Achse ist durch ein zwischen der Lenk­ welle 11 und einem Gehäuse 14 angeordnetes (nicht gezeigtes) Drehbegren­ zungselement begrenzt. Die Drehung des Lenkmotors 5 wird in die Schubbe­ wegung der Lenkwelle 11 in axialer Richtung umgewandelt, und somit erfolgt der Lenkvorgang (die Richtungseinstellung der Räder 10) entsprechend der Drehung des Lenkmotors 5.
Der Winkel der Räder 10 wird von einem Sensor 16 über eine relative Schub­ position zwischen dem Lenkwellengehäuse 14 auf einer Seite des Lenkmotors 5 und der Lenkwelle 11 detektiert. Das Ausgangssignal des Sensors 16 wird zusammen mit einem Ausgangssignal eines Drehkodierers 15, der eine Dreh­ position des Lenkmotors 5 detektiert, an die Lenksteuereinheit 4 übermittelt.
Der Elektromotor 3, der eine Reaktionskraft auf das Lenkrad 2 aufbringt, ist z. B. als bürstenloser Drehstrommotor ausgeführt, und ein Gehäuse des Mo­ tors ist in einem geeigneten Bereich der (nicht gezeigten) Fahrzeugkarosserie relativ zur Drehwelle 30 befestigt. Das Lenkrad 2 ist auf einer Seite der Welle 30 koaxial mit einem vorstehenden Ende verbunden.
Der Elektromotor 3 wird in beide Richtungen mit elektrischem Strom von ei­ ner Antriebsschaltung 3a entsprechend einem Befehlssignal von der Lenk­ steuereinheit 4 betrieben und bringt in einer der Betätigung des Lenkrads 2 entgegengesetzten Richtung eine Kraft (eine Reaktionskraft) auf das Lenkrad 2 auf, wobei das Lenkrad 2 an einem Ende der Drehwelle 30 befestigt ist.
Daher ist es hinsichtlich der Betätigung des Lenkrads 2 wichtig, das Lenk­ drehmoment entgegen der von dem Elektromotor 3 aufgebrachten Reaktions­ kraft aufzubringen. Das wie oben beschrieben auf das Lenkrad 2 aufgebrachte Lenkdrehmoment wird von der Lenksteuereinheit 4 anhand des zum Elektro­ motor 3 fließenden Stroms berechnet/detektiert und zum Justieren der vom Elektromotor 3 aufgebrachten Reaktionskraft verwendet.
Der Stromsensor 3b detektiert den von der Antriebsschaltung 3a an den Elektromotor 3 angelegten elektrischen Strom und leitet ihn zur Lenksteuer­ einheit 4.
Ein Betrag, um dem das Lenkrad 2 bewegt wird (Lenkwinkel) wird einschließ­ lich der Lenkrichtung von dem am Elektromotor 3 angebrachten Drehkodierer 33 detektiert, und das detektierte Ergebnis wird an die Lenksteuereinheit 4 geleitet. Ferner wird ein detektiertes Ergebnis eines Fahrzeuggeschwindig­ keitssensors 6, der die Reisegeschwindigkeit des Fahrzeugs detektiert, an die Lenksteuereinheit 4 geleitet.
Ein Ausgangssignal der Lenksteuereinheit 4 wird an den Elektromotor 3 und den Lenkmotor 5 über entsprechende Antriebsschaltungen 3a und 5a geleitet, und Elektromotor 3 und Lenkmotor 5 sind derart konfiguriert, dass entspre­ chende Operationen gemäß dem Befehlssignal von der Lenksteuereinheit durchgeführt werden.
Die Lenksteuereinheit 4 bestimmt, wie oben beschrieben, eine auf das Lenk­ rad 2 aufzubringende Reaktionskraft, führt eine Reaktionskraftsteuerung durch, bei der das Befehlssignal zum Erzeugen der Reaktionskraft an den Elektromotor ausgegeben wird, und berechnet/detektiert das auf das Lenkrad 2 aufgebrachte Lenkdrehmoment anhand des vom Drehkodierer 33b detek­ tierten Drehwinkels des Elektromotors 3, des vom Stromsensor 3b detektier­ ten elektrischen Stroms des Elektromotors 3, des Trägheitsmoments des Lenkrads 2 und des Trägheitsmoments des Elektromotors 3.
Ferner erkennt die Lenksteuereinheit 4 den Drehwinkel einschließlich der Drehrichtung des Elektromotors 3 entsprechend dem Eingangssignal vom Drehkodierer 33b, berechnet entsprechend eine Winkelabweichung zwischen dem Lenkwinkel und einem vom Eingangssignal des am Lenkmechanismus 1 vorgesehenen Sensors 16 erkannten Sollwinkel, korrigiert die Abweichung da­ hingehend, dass eine Vergrößerung oder Verkleinerung entsprechend der in Form eines Eingangssignals vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 6 angege­ benen Fahrzeuggeschwindigkeit vorgenommen wird, so dass ein Zielwinkel berechnet wird, und führt eine Lenksteuerung zum Betreiben des Lenkmotors 5 durch, bis der Zielwinkel erreicht ist. Zu diesem Zeitpunkt wird das Ein­ gangssignal vom Drehkodierer 15 als Rückführsignal zum Prüfen, ob der Lenkmotor 5 eine gewünschte Drehposition eingenommen hat, verwendet.
Nachstehend folgt anhand des Flussdiagramms aus Fig. 3, in dem der Ar­ beitsgang dargestellt ist, eine Erläuterung der Operation der Lenkeinrichtung, die wie oben beschrieben konfiguriert ist.
Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Arbeitsgangs einer Ausführungsform ei­ ner Lenkeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Zuerst sorgt die Lenksteuereinheit 4 dafür, dass zwecks Angabe von (S1) der Stromsensor 3b einen zum Elektromotor 3 fließenden Strom i detektiert, und berechnet zum Speichern von (S2) nTm gemäß n(i.Kt).
Als nächstes sorgt die Lenksteuereinheit 4 dafür, dass der Drehkodierer 33b zwecks Angabe von (S3) einen Drehwinkel θm des Elektromotors 3 detektiert, und stellt zum Speichern von (S4) einen Drehwinkel θm(N) des aktuellen Ab­ tastzeitraums ein. Danach berechnet die Lenksteuereinheit 4 eine Differenz zwischen dem Drehwinkel θm(N) des aktuellen Abtastzeitraums und dem im vorangegangenen Abtastzeitraum detektierten und gespeicherten Drehwinkel θm(N-1) und speichert sie als Δθm (S5). Ferner dividiert die Lenksteuereinheit 4 Δθm durch einen Abtastzeitraum Δt und bestimmt eine Drehgeschwindigkeit ωm des Etektromotors 3 (S6).
Ferner wird die bestimmte Drehgeschwindigkeit ωm als Drehgeschwindigkeit ωm(N) des aktuellen Abtastzeitraums gespeichert (S7). Als nächstes berechnet die Lenksteuereinheit 4 eine Differenz zwischen der Drehgeschwindigkeit ωm(N) des aktuelle Abtastzeitraums und der in dem vorangegangenen Abtast­ zeitraum detektierten und gespeicherten Drehgeschwindigkeit ωm(N-1) und speichert sie als Δωm (S8). Danach dividiert die Lenksteuereinheit 4 Δωm durch den Abtastzeitraum Δt und bestimmt eine Drehbeschleunigung ωm' des Elekt­ romotors 3, die dann gespeichert wird (S9).
Als nächstes setzt die Lenksteuereinheit 4 den gespeicherten Wert nTm, die Drehgeschwindigkeit ωm des Elektromotors 3 und die Drehbeschleunigung ωm' des Elektromotors 3 in die Gleichung (21b) ein und berechnet somit das auf das Lenkrad 2 aufgebrachte Lenkdrehmoment T (510).
Danach speichert die Lenksteuereinheit 4 den Drehwinkel θm(N) des aktuellen Abtastzeitraums als Drehwinkel θm(N-1) des vorangegangenen Abtastzeit­ raums (S11) und speichert die Drehgeschwindigkeit ωm(N) des aktuellen Ab­ tastzeitraums als Drehgeschwindigkeit ωm(N-1) des vorangegangenen Abtast­ zeitraums und wird damit wieder an den Anfang zurückgeführt.
Bei der Erfindung handelt es sich um eine verbindungslose Lenkeinrichtung für ein Fahrzeug, bei der ein Lenkmechanismus (1) und ein Lenkrad (2) nicht me­ chanisch miteinander verbunden sind. Die Lenkeinrichtung betreibt einen Lenkmotor (5) des Lenkmechanismus (1) entsprechend einem Lenkdrehmo­ ment zur Vergrößerung oder Verkleinerung eines Lenkwinkels. Das Lenk­ drehmoment wird zu diesem Zweck anhand der durch das Detektieren eines Drehwinkels eines mit einer Drehwelle (30) des Lenkrads (2) verbundenen Elektromotors (3) (eines Reaktionsmotors) und eines zum Elektromotor (3) fließenden elektrischen Stroms erhaltenen Ergebnisse, eines Trägheitsmo­ ments des Lenkrads (2) und eines Trägheitsmoments des Elektromotors (3) berechnet. Daher ist es möglich, auf einen Drehmomentsensor, wie eine Tor­ sionsfeder, der viel Einbauplatz benötigt und hohe Kosten verursacht, zu ver­ zichten.

Claims (12)

1. Lenkeinrichtung für ein Fahrzeug, mit:
einem Lenkmechanismus (1) zum Ändern der Richtung eines Rads (10);
einem Betätigungselement (5) zum Betätigen des Lenkmechanismus (1);
einer Lenkvorrichtung (2), die nicht mechanisch mit dem Lenkmecha­ nismus (1) verbunden ist; und
einer Steuereinrichtung (4, 5a) zum Anregen und Steuern des Betäti­ gungselements (5) auf der Basis eines auf die Lenkvorrichtung (2) auf­ gebrachten Lenkdrehmoments, gekennzeichnet durch:
einen mit einer Drehwelle (30) der Lenkvorrichtung (2) verbundenen Elektromotor (3);
einen Lenkwinkeldetektor (33a) zum Detektieren des Lenkwinkels (θh) der Lenkvorrichtung (2);
eine Berechnungseinrichtung (4) zum Berechnen des Lenkdrehmoments (T) anhand des von dem Lenkwinkeldetektor (33a) detektierten Lenk­ winkels (θh), eines Trägheitsmoments (Ih) der Lenkvorrichtung (2) und eines Trägheitsmoments (Im) des Elektromotors (3).
2. Lenkeinrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner mit:
einem Stromdetektor (3b) zum Detektieren eines durch den Elektromo­ tor (3) fließenden elektrischen Stroms (i),
wobei die Berechnungseinrichtung (4) das Lenkdrehmoment (T) anhand des vom Stromdetektor (3b) detektierten elektrischen Stroms (1), des vom Lenkwinkeldetektor (33a) detektierten Lenkwinkels (θh), des Träg­ heitsmoments (Ih) der Lenkvorrichtung (2) und des Trägheitsmoments (Im) des Elektromotors (3) berechnet.
3. Lenkeinrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, bei der die Berech­ nungseinrichtung (4) aufweist:
eine Lenkwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung (4) zum Be­ rechnen einer Lenkwinkelbeschleunigung (θh", ωh') anhand des Lenk­ winkels (θh);
eine Addiereinrichtung (4) zum Addieren des Trägheitsmoments (Ih) der Lenkvorrichtung (2) und des Trägheitsmoments (Im) des Elektromotors (3); und
eine Multipliziereinrichtung (4) zum Multiplizieren eines Rechenergeb­ nisses der Lenkwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung (4) mit einem Additionsergebnis der Addiereinrichtung (4);
wobei die Berechnungseinrichtung (4) das Lenkdrehmoment (T) anhand eines Multiplikationsergebnisses der Multipliziereinrichtung (4) berech­ net.
4. Lenkeinrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 2, bei der die Berech­ nungseinrichtung (4) aufweist:
eine Lenkwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung (4) zum Be­ rechnen einer Lenkwinkelbeschleunigung (θh", ωh') anhand des Lenk­ winkels (θh);
eine erste Addiereinrichtung (4) zum Addieren des Trägheitsmoments (Ih) der Lenkvorrichtung (2) und des Trägheitsmoments (Im) des Elekt­ romotors (3);
eine Multipliziereinrichtung (4) zum Multiplizieren eines Rechenergeb­ nisses der Lenkwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung (4) mit einem Additionsergebnis der ersten Addiereinrichtung (4); und
eine zweite Addiereinrichtung (4) zum Addieren eines auf dem Strom (i) basierenden Wertes und eines Multiplikationsergebnisses der Multipli­ ziereinrichtung (4),
wobei die Berechnungseinrichtung (4) das Lenkdrehmoment (T) anhand eines Additionsergebnisses der zweiten Addiereinrichtung (4) berechnet.
5. Lenkeinrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 1 bis 4, bei der der Elektromotor (3) ein Reaktionsmotor (3) zum Aufbringen einer Kraft auf die Lenkvorrichtung (2) in einer der Lenkrichtung der Lenkvorrichtung (2) entgegengesetzten Richtung ist.
6. Lenkeinrichtung für ein Fahrzeug, mit:
einem Lenkmechanismus (1) zum Ändern der Richtung eines Rades (10);
einem Betätigungselement (5) zum Betätigen des Lenkmechanismus (1);
einer Lenkvorrichtung (2), das nicht mechanisch mit dem Lenkmecha­ nismus (1) verbunden ist; und
einer Steuereinrichtung (4, 5a) zum Anregen und Steuern des Betäti­ gungselements (5) auf der Basis des auf die Lenkvorrichtung (2) aufge­ brachten Lenkdrehmoments, gekennzeichnet durch:
einen mit einer Drehwelle (30) der Lenkvorrichtung (2) verbundenen Elektromotor (3);
einen Drehwinkeldetektor (33b) zum Detektieren eines Drehwinkels (θm) des Elektromotors (3); und
eine Berechnungseinrichtung (4) zum Berechnen des Lenkdrehmoments (T)anhand des von dem Drehwinkeldetektor (33b) detektierten Dreh­ winkels (θm), eines Trägheitsmoments (Ih) der Lenkvorrichtung (2) und eines Trägheitsmoments (Im) des Elektromotors (3).
7. Lenkeinrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 6, ferner mit:
einem Stromdetektor (3b) zum Detektieren eines durch den Elektromo­ tor (3) fließenden elektrischen Stroms (i),
wobei die Berechnungseinrichtung (4) das Lenkdrehmoment (T) anhand des vom Stromdetektor (3b) detektierten elektrischen Stroms (i), des vom Drehwinkeldetektor (33b) detektierten Drehwinkels (θm), des Trägheitsmoments (Ih) der Lenkvorrichtung (2) und des Trägheitsmo­ ments (Im) des Elektromotors (3) berechnet.
8. Lenkeinrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 6, bei dem die Berech­ nungseinrichtung (4) aufweist:
eine Lenkwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung (4) zum Be­ rechnen einer Drehwinkelbeschleunigung (θh", ωh') anhand des Dreh­ winkels (θm);
eine Addiereinrichtung (4) zum Addieren des Trägheitsmoments (Ih) der Lenkvorrichtung (2) und des Trägheitsmoments (Im) des Elektromotors (3); und
eine Multipliziereinrichtung (4) zum Multiplizieren des Rechenergebnis­ ses der Drehwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung (4) mit ei­ nem Additionsergebnis der Addiereinrichtung (4);
wobei die Berechnungseinrichtung (4) das Lenkdrehmoment (T) anhand eines Multiplikationsergebnisses der Multipliziereinrichtung (4) berech­ net.
9. Lenkeinrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 7, bei der die Berech­ nungseinrichtung (4) aufweist:
eine Drehwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung (4) zum Be­ rechnen einer Drehwinkelbeschleunigung (θm", ωm') anhand des Dreh­ winkels (θm);
eine erste Addiereinrichtung (4) zum Addieren des Trägheitsmoments (Ih) der Lenkvorrichtung (2) und des Trägheitsmoments (Im) des Elekt­ romotors (3);
eine Multipliziereinrichtung (4) zum Multiplizieren eines Rechenergeb­ nisses der Drehwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung (4) mit einem Additionsergebnis der ersten Addiereinrichtung (4); und
eine zweite Addiereinrichtung (4) zum Addieren eines auf dem elektri­ schen Strom (i) basierenden Wertes und eines Multiplikationsergebnis­ ses der Multipliziereinrichtung (4),
wobei die Berechnungseinrichtung (4) das Lenkdrehmoment (T) anhand des Additionsergebnisses der zweiten Addiereinrichtung (4) berechnet.
10. Lenkeinrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 6 bis 9, bei der der Elektromotor (3) ein Reaktionsmotor (3) zum Aufbringen einer Kraft auf die Lenkvorrichtung (2) in einer der Lenkrichtung der Lenkvorrichtung (2) entgegengesetzten Richtung ist.
11. Lenkeinrichtung für ein Fahrzeug, mit:
einem Lenkmechanismus (1) zum Ändern der Richtung eines Rads (10);
einem Betätigungselement (5) zum Betätigen des Lenkmechanismus (1);
einer Lenkvorrichtung (2), die nicht mechanisch mit dem Lenkmecha­ nismus (1) verbunden ist; und
einer Steuereinrichtung (4, 5a) zum Anregen und Steuern des Betäti­ gungselements (5) auf der Basis des auf die Lenkvorrichtung (2) aufge­ brachten Lenkdrehmoments, gekennzeichnet durch:
einen mit einer Drehwelle (30) der Lenkvorrichtung (2) verbundenen Elektromotor (3);
einen Gegenspannungsdetektor (34) zum Detektieren einer Gegen­ spannung (V) des Elektromotors (3); und
eine Berechnungseinrichtung (4) zum Berechnen des Lenkdrehmoments (T) anhand der von dem Gegenspannungsdetektor (34) detektierten Gegenspannung (V), eines Trägheitsmoments (Ih) der Lenkvorrichtung (2) und eines Trägheitsmoments (Im) des Elektromotors (3).
12. Lenkeinrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 11, bei dem die Be­ rechnungseinrichtung (4) aufweist:
eine Addiereinrichtung (4) zum Addieren des Trägheitsmoments (Ih) der Lenkvorrichtung (2) und des Trägheitsmoments (Im) des Elektromotors (3); und
eine Multipliziereinrichtung (4) zum Multiplizieren der Gegenspannung (V) mit einem Additionsergebnis der Addiereinrichtung (4),
wobei die Berechnungseinrichtung (4) das Lenkdrehmoment (T) anhand eines Multiplikationsergebnisses der Multipliziereinrichtung (4) berech­ net.
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