DE10103925B4

DE10103925B4 - Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE10103925B4
Application number: DE10103925A
Authority: DE
Inventors: Katsutoshi Nishizaki; Shiro Nakano; Takanobu Takamatsu; Masaya Segawa
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2010-12-16
Anticipated expiration: 2021-01-31
Also published as: JP3696466B2; DE10103925A1; US20010011201A1; FR2804398A1; FR2804398B1; JP2001213340A; US6449543B2

Abstract

Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, die folgendes aufweist:
ein Betätigungselement (1), das dadurch betätigt wird, dass es gedreht wird;
einen Lenk-Stellantrieb (2), der gemäß einer Betätigung des Betätigungselements (1) angetrieben wird;
eine Einrichtung (3) zum Übertragen der Bewegung des Lenk-Stellantriebs (2) auf Räder (4) des Fahrzeugs, so dass sich ein Lenkwinkel (δ) gemäß der Bewegung ändert, ohne das Betätigungselement (1) mechanisch mit den Rädern (4) zu koppeln;
einen Betätigungs-Stellantrieb (19) zum Erzeugen eines Steuermoments (Tm), welches auf das Betätigungselement (1) wirkt;
ein elastisches Element (30) zum Liefern einer Kraft in der Richtung, in welcher das Betätigungselement (1) veranlasst wird, zu einer geradeaus gerichteten Lenkposition zurückzukehren;
einen Elektrostromsensor (19a) zum Erfassen eines Laststroms des Betätigungs-Stellantriebs (19) als Wert entsprechend dem Steuermoment (Tm);
einen Drehmomentsensor (12) zum Erfassen eines durch einen Fahrer auf das Betätigungselement (1) ausgeübten Betätigungsmoments (Th);
eine Steuerung (20) zum Berechnen eines...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, welche ein sogenanntes Steer-by-Wire System verwendet.
Bei einer Fahrzeug-Lenkvorrichtung, die ein Steer-by-Wire System verwendet, wird die Bewegung eines Lenk-Stellantriebs, die der Betätigung eines Betätigungselements entspricht, das am Lenkrad geformt ist, auf derartige Weise auf die Räder des Fahrzeugs übertragen, dass sich der Lenkwinkel ändert, ohne dass dieses Betätigungselement mechanisch mit den Rädern gekoppelt ist. Bei einem Fahrzeug, das ein solches Steer-by-Wire System verwendet, ist vorgeschlagen worden, dass eine Soll-Giergeschwindigkeit entsprechend dem Betätigungsausmaß des Betätigungselements so berechnet wird und der Lenk-Stellantrieb so gesteuert wird, dass die Soll-Giergeschwindigkeit mit der Ist-Giergeschwindigkeit übereinstimmt, um das Verhalten des Fahrzeugs zu stabilisieren.
13 zeigt ein Beispiel eines Steuer-Blockdiagramms einer Fahrzeug-Lenkvorrichtung, die ein herkömmliches Steer-by-Wire System verwendet.
Im Steuer-Blockdiagramm ist K1 die Verstärkung einer Soll-Giergeschwindigkeit γ* relativ zum Betätigungswinkel δh eines Betätigungselements 101 und eine Lenkvorrichtung berechnet eine Soll-Giergeschwindigkeit γ* aus der gespeicherten Beziehung γ* = K1·δh und einem durch einen Sensor erfassten Betätigungswinkel δh. K2 ist die Verstärkung eines Soll-Lenkwinkels δ* relativ zur Abweichung zwischen der Soll-Giergeschwindigkeit γ* und der Ist-Giergeschwindigkeit eines Fahrzeugs 100 und eine Lenkvorrichtung berechnet einen Soll-Lenkwinkel δ* aus der gespeicherten Beziehung δ* = K2·(γ* – γ), der berechneten Soll-Giergeschwindigkeit γ* und einer durch einen Sensor erfassten Giergeschwindigkeit γ. Die Verstärkung K2 wird als Funktion einer Geschwindigkeit V angesehen und wird so eingestellt, dass sie zusammen mit einer Erhöhung der Geschwindigkeit V kleiner wird, um eine Stabilität bei hohen Geschwindigkeiten sicherzustellen. Ga ist die Übertragungsfunktion des Soll-Antriebsstroms Ia* des Lenk-Stellantriebs 102 relativ zur Abweichung zwischen einem Soll-Lenkwinkel δ* und dem Ist-Lenkwinkel δ des Fahrzeugs und die Lenkvorrichtung berechnet einen Soll-Antriebsstrom Ia* aus der gespeicherten Beziehung Ia* = Ga·(δ* – δ), dem berechneten Soll-Lenkwinkel δ* und einem durch einen Sensor erfassten Lenkwinkel δ. Die Übertragungsfunktion Ga wird beispielsweise so eingestellt, dass eine proportionale integrale (PI-)Steuerung bzw. -Regelung durchgeführt wird. K3 ist die Verstärkung eines Soll-Betätigungsmoments Th* relativ zum Betätigungswinkel δh des Betätigungselements 101 und eine Lenkvorrichtung berechnet ein Soll-Betätigungsmoment Th* aus der gespeicherten Beziehung Th* = K3·δh und einem durch einen Sensor erfassten Betätigungswinkel δh. Gb ist die Übertragungsfunktion des Soll-Antriebsstroms Ib* des Betätigungs-Stellantriebs relativ zur Abweichung zwischen dem Soll-Betätigungsmoment Th* und dem Ist-Betätigungsmoment Th und die Lenkvorrichtung berechnet einen Soll-Antriebsstrom Ib* aus der gespeicherten Beziehung Ib* = Gb·(Th* – Th), dem berechneten Soll-Betätigungsmoment Th* und einem durch einen Sensor erfassten Betätigungsmoment Th. Die Übertragungsfunktion Gb wird beispielsweise so eingestellt, dass eine proportionale integrale (PI-)Steuerung bzw. -Regelung durchgeführt wird.
Beim oben angegebenen herkömmlichen Aufbau ergibt sich deshalb, weil die Ist-Giergeschwindigkeit γ eines Fahrzeugs nicht größer wird, wenn der Reibkoeffizient zwischen der Oberfläche einer Straße und den Reifen durch eine Oberflächenvereisung reduziert wird oder wenn eine laterale Kraft eines Reifens ihre Grenze erreicht, ein gesättigter Zustand, in welchem die Giergeschwindigkeit γ die Soll-Giergeschwindigkeit γ* nicht erreicht, wenn ein Betätigungsmoment Th größer wird, und es gibt eine Möglichkeit, dass der Lenkwinkel γ divergiert und dass das Verhalten eines Fahrzeugs instabil wird.
14(1) und 14(2) zeigen ein Beispiel von Simulationsergebnissen bei einer Lenkvorrichtung, die das oben angegebene herkömmliche Steer-by-Wire System verwendet, wobei das Beispiel zeitliche Änderungen in Bezug auf die Giergeschwindigkeit γ, die Soll-Giergeschwindigkeit γ* und den Lenkwinkel δ relativ zu einer schrittweisen Eingabe eines Betätigungsmoments Th von 2,7 N·m zu Zeiten t1 bis t2 (0,5 bis 5 Sekunden) in einem Fahrzeug zeigt, das mit einer Geschwindigkeit von 60 km/Stunde fährt, wobei der Reibkoeffizient zwischen dem Fahrzeug und der Oberfläche der Straße bis zu t3 (2,5 Sekunden) als 1 angenommen ist und darauffolgend als 0,1 angenommen ist. Es ist die Tatsache gezeigt, dass die Abweichung zwischen der Giergeschwindigkeit γ und der Soll-Giergeschwindigkeit γ* größer wird und der Winkel δ gemäß dem Abfall des Reibkoeffizienten divergiert.
Weiterhin zeigen 15(1) und 15(2) Bodediagramme, die ein Beispiel einer Frequenzantwortsimulation einer Giergeschwindigkeit γ relativ zu einer Betätigungsmomenteingabe bei einer Lenkvorrichtung zeigen, die das oben angegebene herkömmliche Steer-by-Wire System verwendet, wobei ein Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von 20 km/Stunde fährt. Weiterhin zeigen 15(3) und 15(4) Bodediagramme, die ein Beispiel einer Frequenzantwortsimulation einer Giergeschwindigkeit γ relativ zu einer Betätigungsmomenteingabe bei einer herkömmlichen Lenkvorrichtung zeigen, bei welcher ein Lenkrad mechanisch mit den Fahrzeugrädern gekoppelt ist, wobei ein Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von 20 km/Stunde fährt. 15(1) bis 15(4) zeigen, dass bei einer niedrigen Fahrgeschwindigkeit eine Giergeschwindigkeits-Ansprechempfindlichkeit relativ zu einer Betätigungsmomenteingabe bei einer Fahrzeug-Lenkvorrichtung, die ein herkömmliches Steer-by-Wire System verwendet, in stärkerem Maß kleiner wird als bei einer Lenkvorrichtung, bei welcher ein Lenkrad mechanisch mit den Fahrzeugrädern gekoppelt ist.
Das nächstliegende Dokument DE 198 05 383 A1 betrifft eine Kraftfahrzeug-Lenkvorrichtung, die folgendes aufweist:
ein Betätigungselement, das dadurch betätigt wird, dass es gedreht wird;
einen Lenk-Stellantrieb, der gemäß einer Betätigung des Betätigungselements angetrieben wird;
eine Einrichtung zum Übertragen der Bewegung des Lenk-Stellantriebs auf Räder des Fahrzeugs, so dass sich ein Lenkwinkel gemäß der Bewegung ändert, ohne das Betätigungselement mechanisch mit den Rädern zu koppeln;
einen Betätigungs-Stellantrieb zum Erzeugen eines Steuermoments, welches auf das Betätigungselement wirkt;
einen Drehmomentsensor zum Erfassen eines durch einen Fahrer auf das Betätigungselement ausgeübten Betätigungsmoments;
einen Winkelsensor zum Bestimmen eines Betätigungswinkels des Betätigungselements;
eine Steuerung zum Berechnen eines Soll-Verhaltensindexwerts des Fahrzeugs, der wenigstens eine Soll-Giergeschwindigkeit entsprechend einem Betätigungswinkel aufweist, basierend auf einer gespeicherten Beziehung zwischen dem Betätigungswinkel und dem Soll-Verhaltensindexwert;
einen Sensor zum Bestimmen eines Werts, der wenigstens eine Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs aufweist, als Verhaltensindexwert entsprechend einer Änderung eines Verhaltens des Fahrzeugs;
eine Steuerung zum Steuern des Lenk-Stellantriebs, so dass der bestimmte Verhaltensindexwert dem Soll-Verhaltensindexwert folgt;
eine Steuerung zum Berechnen eines Soll-Betätigungswinkels des Betätigungselements entsprechend dem bestimmten Verhaltensindexwert basierend auf einer gespeicherten Beziehung zwischen dem Verhaltensindexwert und dem Soll-Betätigungswinkel; und
eine Steuerung zum Steuern des Betätigungs-Stellantriebs, so dass der bestimmte Betätigungswinkel dem berechneten Soll-Betätigungswinkel folgt.
DE 11 99 12 169 A1 betrifft ein Steer-by-Wire Lenksystem für Kraftfahrzeuge, wobei Drehmomentsensoren bzw. Stromsensoren Rückstellmomente Mv bzw. Ströme Iv entsprechend einem Steuermoment erfassen.
DE 198 51 978 A1 betrifft ein Verfahren zur Regelung der Querdynamik eines Fahrzeugs mit Vorderachs-Lenkung.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrzeug-Lenkvorrichtung zu schaffen, durch welche gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Fahrzeug-Lenkvorrichtungen das Verhalten eines Fahrzeugs noch besser stabilisiert ist und ein Lenkgefühl noch mehr verbessert ist.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Betätigungswinkel durch die Betätigung des Betätigungselements gemäß dem Lastmoment erzeugt, das eine Summe des durch den Betätigungs-Stellantrieb ausgegebenen Steuermoments und des durch den Fahrer eingegebenen Betätigungsmoments ist. Dieses Steuermoment wirkt so, dass die Abweichung zwischen dem Betätigungswinkel und dem Soll-Betätigungswinkel entfernt wird. Demgemäß dient in einem Fall, in welchem der Betätigungswinkel den Soll-Betätigungswinkel nicht erreicht hat, das Steuermoment als Hilfskraft für die Betätigung des Betätigungselements, und dient in einem Fall, in welchem der Betätigungswinkel den Soll-Betätigungswinkel überschritten hat, das Steuermoment als Reaktionskraft gegenüber der Betätigung des Betätigungselements.
Der Lenk-Stellantrieb wird so gesteuert, dass der Verhaltensindexwert dem Soll-Verhaltensindexwert entsprechend dem Betätigungswinkel und dem Lastmoment folgt. Der Fahrzeug-Verhaltensindexwert mit der Giergeschwindigkeit ändert sich gemäß der Steuerung des Lenk-Stellantriebs. Der Soll-Betätigungswinkel entspricht dem Verhaltensindexwert mit der Giergeschwindigkeit und der Betätigungswinkel entspricht dem Soll-Verhaltensindexwert.
Demgemäß wirkt in einem Fall, in welchem der Verhaltensindexwert den Soll-Verhaltensindexwert nicht erreicht hat, da der Betätigungswinkel den Soll-Betätigungswinkel übersteigt, die obige Reaktionskraft gegen die Betätigung des Betätigungselements. In Übereinstimmung damit kann in einem Fall, in welchem die Giergeschwindigkeit sich aufgrund eines Abfalls in Bezug auf den Reibkoeffizienten zwischen der Oberfläche der Straße und den Reifen nicht erhöht oder eine laterale Kraft eines Reifens ihre Grenze erreicht hat, selbst wenn das Betätigungsmoment erhöht wird, veranlasst werden, dass die Reaktionskraft gegen die Betätigung des Betätigungselements wirkt. Selbst wenn der Fahrer zu dieser Zeit ein Betätigungsmoment erhöht, kann die Erhöhung eines Betätigungsmoments durch die Erhöhung dieser Reaktionskraft ausgeglichen werden, und das Lastmoment, das auf das Betätigungselement wirkt, kann nahezu konstant gehalten werden, was eine Erhöhung des Soll-Verhaltensindexwerts entsprechend dem Lastmoment und dem Betätigungswinkel verhindert. Das bedeutet, dass deshalb, weil der Betätigungswinkel und das Lastmoment und demzufolge der Soll-Verhaltensindexwert durch diese Reaktionskraft in Schach gehalten werden können, die Divergenz des Lenkwinkels verhindert werden kann und ein Fahrzeugverhalten stabilisiert werden kann. Weiterhin ist es in einem Fall, in welchem eine Verzögerung im Verhaltensindexwert, der dem Soll-Verhaltensindexwert folgt, aufgrund einer Verzögerung bei der Reaktion des Lenk-Stellantriebs relativ zu einer Betätigungseingabe auftritt, deshalb, weil die obige Reaktionskraft wirkt, möglich, das schlechte Gefühl zu mildern, das aus der verzögerten Reaktion dieses Lenk-Stellantriebs resultiert, wodurch ein verbessertes Lenkgefühl ermöglicht wird.
Es ist wünschenswert, dass eine laterale Beschleunigung und Geschwindigkeit zusätzlich zur Giergeschwindigkeit als der oben angegebene Verhaltensindexwert bestimmt werden, dass der Soll-Betätigungswinkel eine Komponente entsprechend einem Wert hat, zu dem durch Teilen der lateralen Beschleunigung durch die Fahrzeuggeschwindigkeit gekommen wird, und eine Komponente entsprechend dem Wert der Giergeschwindigkeit, und dass sich das Verhältnis der Komponente entsprechend dem Wert der Giergeschwindigkeit beim Soll-Betätigungswinkel gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit ändert. Weiterhin ist es wünschenswert, dass sich das Verhältnis gemäß einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht.
In Übereinstimmung damit ist es möglich, die Lenkvorrichtung mit Anpassung an Fahrzeugverhaltens-Charakteristiken zu steuern, so dass die Giergeschwindigkeit bei niedriger Geschwindigkeit kleiner wird, indem die Wirkung einer lateralen Beschleunigung bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit größer gemacht wird und indem die Wirkung der Giergeschwindigkeit gemäß einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit größer gemacht wird, und zwar in Antwort auf den Soll-Betätigungswinkel entsprechend dem Verhaltensindexwert.
Weiterhin ist es möglich, die Lenkvorrichtung mit noch besserer Anpassung an Fahrzeugverhaltens-Charakteristiken zu steuern, indem es möglich gemacht wird, einen Einstellwert der Fahrzeuggeschwindigkeit zu der Zeit zu ändern, wenn die Komponente entsprechend einem Wert, zu welchem durch Teilen der lateralen Beschleunigung durch die Fahrzeuggeschwindigkeit gekommen wird, gleich der Komponente entsprechend dem Wert der Giergeschwindigkeit beim Soll-Betätigungswinkel ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bei einem Fahrzeug, das eine Lenkung mit einem Steer-by-Wire System verwendet, möglich, eine Lenkvorrichtung zu schaffen, die verhindert, dass ein Fahrzeugverhalten instabil wird und dass sich ein Lenkgefühl verschlechtert, indem das Drehmoment, das auf das Betätigungselement wirkt, gemäß einem Fahrzeugverhalten gesteuert wird und indem ein Soll-Verhaltensindexwert gemäß dem Drehmoment eingestellt wird, das auf das Betätigungselement wirkt.
Es folgt eine kurze Beschreibung der Zeichnungen:
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Lenkvorrichtung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist ein Steuer-Blockdiagramm der Lenkvorrichtung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Diagramm, das den Zustand eines Fahrzeugs in einem stabilen Kurvenfahrzustand zeigt;
4(1) ist ein Diagramm, das den Überlenkzustand eines Fahrzeugs zeigt, das seitwärts rutscht, und
4(2) ist ein Diagramm, das den Unterlenkzustand eines Fahrzeugs zeigt, das seitwärts rutscht;
5 ist ein Ablaufdiagramm, das die Steuerverfahren der Lenkvorrichtung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
6(1) und 6(2) sind Bodediagramme, die eine Giergeschwindigkeitsantwort auf eine Betätigungsmomenteingabe bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 20 km/Stunde bei der Lenkvorrichtung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigen, und
6(3) ist ein Nyquist-Diagramm davon;
7(1) und 7(2) sind Bodediagramme, die eine Giergeschwindigkeitsantwort auf eine Betätigungsmomenteingabe bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 60 km/Stunde bei der Lenkvorrichtung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigen, und
7(3) ist ein Nyquist-Diagramm davon;
8(1) und 8(2) sind Bodediagramme, die eine Giergeschwindigkeitsantwort auf eine Betätigungsmomenteingabe bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 100 km/Stunde bei der Lenkvorrichtung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigen, und
8(3) ist ein Nyquist-Diagramm davon;
9(1) und 9(2) sind Bodediagramme, die eine Giergeschwindigkeits-γ-Antwort auf eine Soll-Giergeschwindigkeit γ* bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 60 km/Stunde bei einem Simulationsmodell eines Vergleichsbeispiels zeigen, und
9(3) ist ein Nyquist-Diagramm davon;
10(1) und 10(2) sind Bodediagramme, die eine Giergeschwindigkeits-γ-Antwort auf eine Soll-Giergeschwindigkeit γ* bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 100 km/Stunde beim Simulationsmodell eines Vergleichsbeispiels zeigen, und
10(3) ist ein Nyquist-Diagramm davon;
11 ist ein Steuer-Blockdiagramm eines Simulationsmodells des Vergleichsbeispiels;
12(1) ist ein Diagramm, das Änderungen über die Zeit bei der Giergeschwindigkeit und der Soll-Giergeschwindigkeit relativ zur schrittweisen Eingabe eines Betätigungsmoments bei der Lenkvorrichtung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt, und
12(2) ist ein Diagramm, das Änderungen über die Zeit beim Lenkwinkel und beim Betätigungselement-Betätigungswinkel relativ zur schrittweisen Eingabe eines Betätigungsmoments bei der Lenkvorrichtung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ist ein Steuer-Blockdiagramm einer herkömmlichen Lenkvorrichtung;
14(1) ist ein Diagramm, das Änderungen über die Zeit bei der Giergeschwindigkeit und der Soll-Giergeschwindigkeit relativ zur schrittweisen Eingabe eines Betätigungsmoments bei der herkömmlichen Lenkvorrichtung zeigt, und
14(2) ist ein Diagramm, das Änderungen über die Zeit beim Lenkwinkel relativ zur schrittweisen Eingabe eines Betätigungsmoments bei der herkömmlichen Lenkvorrichtung zeigt; und
15(1) und 15(2) sind Bodediagramme, die die Antwort der Giergeschwindigkeit relativ zur Betätigungsmomenteingabe bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 20 km/Stunde bei der Lenkvorrichtung zeigen, die eine herkömmliche Lenkung durch ein Elektroleitungssystem bildet, und
15(3) und 15(4) sind Bodediagramme, die die Antwort der Giergeschwindigkeit relativ zur Betätigungsmomenteingabe bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 20 km/Stunde bei einer Lenkvorrichtung zeigen, wobei ein Lenkrad mechanisch mit den Rädern gekoppelt ist.
Es folgt eine Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Die in 1 gezeigte Fahrzeug-Lenkvorrichtung weist ein Betätigungselement 1 auf, das an einem Lenkrad geformt ist; einen Lenk-Stellantrieb 2, der gemäß der Drehoperation bzw. Drehbetätigung des Betätigungselements 1 angetrieben wird; und ein Lenkgetriebe 3 zum Übertragen der Bewegung des Lenk-Stellantriebs 2 auf die vorderen linken und rechten Räder 4, so dass sich der Lenkwinkel gemäß der Bewegung ändert, ohne das Betätigungselement 1 mechanisch mit den Rädern 4 zu koppeln.
Der Lenk-Stellantrieb 2 kann aus einem Elektromotor gebildet sein, wie beispielsweise aus dem wohlbekannten bürstenlosen Motor. Das Lenkgetriebe 3 hat einen Bewegungswandler-Mechanismus zum Umwandeln der Drehbewegung der Ausgangswelle dieses Lenk-Stellantriebs 2 in die lineare Bewegung einer Lenkstange 7. Die Bewegung dieser Lenkstange 7 wird mittels Spurstangen 8 und Spur(stangen)hebeln 9 zu den Rädern 4 übertragen, und der Spurweitenwinkel in Achs(schenkel)höhe der Räder 4 ändert sich. Für das Lenkgetriebe 3 kann ein wohlbekanntes Lenkgetriebe verwendet werden, und solange die Bewegung des Lenk-Stellantriebs 2 auf die Räder 4 übertragen werden kann, so dass sich der Lenkwinkel ändert, ist sein Aufbau nicht beschränkt. Weiterhin wird in einem Zustand, in welchem der Lenk-Stellantrieb 2 nicht angetrieben wird, die Radausrichtung so eingestellt, dass die Räder 4 durch ein sich selbst ausrichtendes Drehmoment zur geradeaus gerichteten Lenkposition zurückkehren können.
Das Betätigungselement 1 ist mit einer sich drehenden Welle 10 gekoppelt, die durch die Fahrzeugkarosserie drehbar gelagert ist. Ein Betätigungs-Stellantrieb 19 zum Erzeugen eines Steuermoments, das auf dieses Betätigungsmoment 1 wirkt, ist vorgesehen. Der Betätigungs-Stellantrieb 19 kann aus einem Elektromotor gebildet sein, wie beispielsweise einem bürstenlosen Motor bzw. einem BL-Motor bzw. einem Stromrichtermotor, der eine Ausgangswelle hat, die zusammen mit der sich drehenden Welle 10 integriert ist.
Es ist ein elastisches Element 30 zum Liefern einer elastischen Kraft in der Richtung vorgesehen, in welcher das Betätigungselement 1 veranlasst wird, zu einer geradeaus gerichteten Lenkposition zurückzukehren. Dieses elastische Element 30 kann beispielsweise aus einer Feder gebildet sein, die die elastische Kraft zur sich drehenden Welle 10 liefert. Wenn der oben angegebene Betätigungs-Stellantrieb 19 kein Drehmoment zur sich drehenden Welle 10 liefert, kann das Betätigungselement 1 gemäß der elastischen Kraft zur geradeaus gerichteten Lenkposition zurückkehren.
Es ist ein Winkelsensor 11 zum Erfassen des Drehwinkels der sich drehenden Welle bzw. der Drehwelle 10 als den Betätigungswinkel des Betätigungselements 1 vorgesehen. Das Betätigungselement 1 wird durch die Wirkung eines Lastmoments betätigt, welches eine Summe des Steuermoments und eines durch den Fahrer auf das Betätigungselement 1 ausgeübten Betätigungsmoments ist.
Es ist ein Drehmomentsensor 12 zum Erfassen eines Drehmoments, das durch die Drehwelle 10 übertragen wird, als das Betätigungsmoment vorgesehen, das durch den Fahrer auf das Betätigungselement 1 ausgeübt wird.
Ein Lenkwinkelsensor 13 zum Erfassen eines Lenkwinkels des Fahrzeugs ist durch ein Potentiometer gebildet, das das Bewegungsausmaß der Lenkstange 7 entsprechend dem Lenkwinkel erfasst.
Es ist ein Geschwindigkeitssensor 14 zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit V als Fahrzeug-Verhaltensindexwert entsprechend einer Änderung in Bezug auf das Verhalten des Fahrzeugs vorgesehen.
Es ist ein Lateralbeschleunigungssensor 15 zum Erfassen einer lateralen Beschleunigung Gy als Verhaltensindexwert vorgesehen.
Es ist ein Giergeschwindigkeitssensor 16 zum Erfassen einer Giergeschwindigkeit γ als Verhaltensindexwert vorgesehen.
Es ist ein Elektrostromsensor 19a zum Erfassen eines Laststroms des Betätigungs-Stellantriebs 19 als Wert entsprechend dem Steuermoment Tm vorgesehen, welches der Betätigungs-Stellantrieb 19 erzeugt.
Der Winkelsensor 11, der Drehmomentsensor 12, der Lenkwinkelsensor 13, der Geschwindigkeitssensor 14, der Lateralbeschleunigungssensor 15, der Giergeschwindigkeitssensor 16 und der Elektrostromsensor 19a sind mit einer Steuerung 20 verbunden, die durch einen Computer gebildet ist. Die Steuerung 20 steuert den Lenk-Stellantrieb 2 und den Betätigungs-Stellantrieb 19 mittels Antriebs- bzw. Treiberschaltungen 22, 23.
2 zeigt ein Steuer-Blockdiagramm des oben angegebenen Aufbaus und die Symbole in der Figur sind wie folgt.

δh:: Betätigungswinkel des Betätigungselements 1
δh*:: Soll-Betätigungswinkel des Betätigungselements 1
δ:: Durch den Lenkwinkelsensor 13 erfasster Lenkwinkel
δ*:: Soll-Lenkwinkel
Th:: Durch den Drehmomentsensor 12 erfasstes Fahrer-Betätigungsmoment
Tm:: Durch den Betätigungs-Stellantrieb 19 erzeugtes Steuermoment
T:: Lastmoment des Betätigungselements 1
γ*:: Soll-Giergeschwindigkeit
γ:: Durch den Giergeschwindigkeitssensor 16 erfasste Fahrzeug-Giergeschwindigkeit
V:: Durch den Geschwindigkeitssensor 14 erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit
Gy:: Durch den Lateralbeschleunigungssensor 15 erfasste laterale Beschleunigung des Fahrzeugs
Is*:: Soll-Antriebsstrom des Lenk-Stellantriebs 2
It*:: Soll-Antriebsstrom des Betätigungs-Stellantriebs 19

Die Steuerung 20 berechnet das Lastmoment T, welches eine Summe aus dem Betätigungsmoment Th und dem Steuermoment Tm ist. Das Betätigungsmoment Th wird durch den oben angegebenen Drehmomentsensor 12 erfasst und das Steuermoment Tm wird basierend auf dem durch den oben angegebenen Elektrostromsensor 19a erfassten Laststrom berechnet.
Die Steuerung 20 speichert eine vorbestimmte Beziehung zwischen dem Lastmoment T, dem Betätigungswinkel δh und der Soll-Giergeschwindigkeit γ* und berechnet basierend auf dieser gespeicherten Beziehung die Soll-Giergeschwindigkeit γ* entsprechend dem oben angegebenen berechneten Lastmoment T und dem erfassten Betätigungswinkel δh. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die vorbestimmte Beziehung mit Kγ und Kt als Proportionalitätskoeffizienten als der folgende Ausdruck gespeichert. γ* = Kγ·(Kt·T + δh)
Die Proportionalitätskoeffizienten Kγ, Kt werden eingestellt, um eine optimale Steuerung zu ermöglichen.
Die Steuerung 20 speichert eine vorbestimmte Beziehung zwischen der Soll-Giergeschwindigkeit γ*, der Giergeschwindigkeit γ und dem Soll-Lenkwinkel δ* und berechnet basierend auf dieser gespeicherten Beziehung den Soll-Lenkwinkel δ* entsprechend der oben angegebenen berechneten Soll-Giergeschwindigkeit γ* und der erfassten Giergeschwindigkeit γ. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die vorbestimmte Beziehung eine Übertragungsfunktion G1 des Soll-Lenkwinkels δ* relativ zu der Abweichung (γ* – γ) zwischen der Soll-Giergeschwindigkeit γ* und der erfassten Giergeschwindigkeit γ und wird als G1 = (Ka + Kb/s) ausgedrückt, so dass eine PI-Regelung durchgeführt wird, wobei Ka eine proportionale Verstärkung ist, Kb eine integrale Verstärkung ist und s der Laplace-Operator ist. Das bedeutet, dass der folgende Ausdruck in der Steuerung 20 gespeichert ist. δ* = G1·(γ* – γ)
Jede Verstärkung Ka, Kb ist so eingestellt, um eine optimale Steuerung bzw. Regelung zu ermöglichen. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Verstärkungen Ka, Kb als Funktionen einer Fahrzeuggeschwindigkeit V angesehen und sind eingestellt, um gemäß einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit V kleiner zu werden, um eine Stabilität bei hohen Geschwindigkeiten sicherzustellen.
Die Steuerung 20 speichert eine vorbestimmte Beziehung zwischen dem Soll-Lenkwinkel δ*, dem Lenkwinkel δ und dem Soll-Antriebsstrom Is* des Lenk-Stellantriebs 2 und berechnet basierend auf dieser gespeicherten Beziehung den Soll-Antriebsstrom Is* entsprechend dem oben angegebenen berechneten Soll-Lenkwinkel δ* und dem erfassten Lenkwinkel δ. Der Lenkwinkel δ ändert sich durch die Bewegung des Lenk-Stellantriebs 2, der gemäß dem Soll-Antriebsstrom Is* angetrieben wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die vorbestimmte Beziehung eine Übertragungsfunktion G2 des Soll-Antriebsstroms Is* relativ zur Abweichung (δ* – δ) zwischen dem Soll-Lenkwinkel δ* und dem erfassten Lenkwinkel δ und wird als G2 = (Kd + Ke/s) ausgedrückt, so dass eine PI-Regelung durchgeführt wird, wobei Kd eine proportionale Verstärkung ist, Ke eine integrale Verstärkung ist und s der Laplace-Operator ist. Das bedeutet, dass der folgende Ausdruck in der Steuerung 20 gespeichert ist. Is* = G2·(δ* – δ)
Jede Verstärkung Kd, Ke ist eingestellt, um eine optimale Steuerung bzw. Regelung zu ermöglichen.
Die Steuerung 20 speichert eine vorbestimmte Beziehung zwischen dem Soll-Betätigungswinkel δh* und der Giergeschwindigkeit γ, der lateralen Beschleunigung Gy und der Fahrzeuggeschwindigkeit V, welche der Verhaltensindexwert des Fahrzeugs sind, und berechnet basierend auf dieser gespeicherten Beziehung den Soll-Betätigungswinkel δh* entsprechend der erfassten Giergeschwindigkeit γ, der erfassten lateralen Beschleunigung Gy und der erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit V. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die vorbestimmte Beziehung als der folgende Ausdruck gespeichert, wobei Kδ eine Proportionalitätskonstante und Vo eine Übergangsgeschwindigkeit ist. δh* = Kδ·(Gy/V + Vo·γ)
Das bedeutet, dass der Soll-Betätigungswinkel δh* eine Komponente Kδ·Gy/V entsprechend einem Wert hat, zu welchem durch Teilen der lateralen Beschleunigung Gy durch die Fahrzeuggeschwindigkeit V gekommen wird, und eine Komponente Kδ·Vo·γ entsprechend dem Wert der Giergeschwindigkeit γ. Das Verhältnis der Komponente entsprechend der Giergeschwindigkeit γ beim Soll-Betätigungswinkel δh* erhöht sich gemäß einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit V. Der Proportionalitätskoeffizient Kδ ist eingestellt, um eine optimale Steuerung bzw. Regelung zu ermöglichen.
Die Übergangsgeschwindigkeit Vo stellt den Giergeschwindigkeits-Abhängigkeitsfaktor bei der Steuerung der Lenkvorrichtung dar. Das bedeutet in 3 für ein Fahrzeug 100, das bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit V in der Richtung in einer Kurve fährt, die durch einen Pfeil 40 angezeigt ist, dass die Beziehung zwischen der lateralen Beschleunigung Gy, die in der durch einen Pfeil 41 angezeigten Richtung wirkt, und der Giergeschwindigkeit γ, die in der durch den Pfeil 42 angezeigten Richtung wirkt, als γ = Gy/V angenähert wird, wenn angenommen ist, dass das Fahrzeug 100 in einem stabilen Kurvenfahrzustand ist. Weiterhin wird für ein Fahrzeug 100, das in einem Überlenkzustand seitwärts rutscht, wie es in 4(1) gezeigt ist, oder für ein Fahrzeug 100, das in einem Unterlenkzustand seitwärts rutscht, wie es in 4(2) gezeigt ist, der Winkel, der durch eine Mittenlinie der Karosserie des Fahrzeugs, die als strichpunktierte Linie parallel zur Längsrichtung dieses Fahrzeugs 100 gezeigt ist, und die durch eine gestrichelte Linie angezeigte Richtung, in welcher das Fahrzeug 100 weiterfahren würde, wenn es nicht seitwärts rutschen würde, als Winkel β für ein seitliches Ausbrechen des Fahrzeugs angesehen. Der Winkel β für ein seitliches Ausbrechen wird annähernd durch einen zeitlichen Integralwert von (Gy/V – γ) bestimmt, d. h. durch β = ∫(Gy/V – γ)dt. Demgemäß ändert sich dann, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V, bei welcher sich das Vorzeichen des Winkels β für ein seitliches Ausbrechen des Fahrzeugs in einem stabilen Kurvenfahrzustand von positiv zu negativ ändert, als V_NS dargestellt wird, auch das Vorzeichen der Winkelgeschwindigkeit für ein seitliches Ausbrechen, die bei V_NS durch dβ/dt (= Gy/V – γ) dargestellt ist, bis der stabile Kurvenfahrzustand erreicht ist. Das bedeutet, dass bei einem Übergangszustand, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V niedriger als V_NS ist, Gy/V größer als γ ist, während dann, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V höher als V_NS ist, Gy/V kleiner als γ ist. Folglich hängt dann, wenn im Ausdruck des Soll-Betätigungswinkels γh*Vo = 1, die Steuerung basierend auf dem Soll-Betätigungswinkel δh* bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit V, die niedriger als V_NS ist, mehr von der lateralen Beschleunigung Gy als von der Giergeschwindigkeit γ ab, und hängt bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit V, die schneller als V_NS ist, mehr von der Giergeschwindigkeit γ als von der lateralen Beschleunigung Gy ab. Beispielsweise wird dann, wenn Vo = 1, die Fahrzeuggeschwindigkeit V, bei welcher sich die Steuerung basierend auf dem Soll-Betätigungswinkel δh* von dem Zustand, der von der lateralen Beschleunigung Gy abhängt, zu dem Zustand, der von der Giergeschwindigkeit γ abhängt, ändert, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V zunimmt, d. h. die Fahrzeuggeschwindigkeit V zu der Zeit, wenn die Komponente Kδ·Gy/V entsprechend einem Wert, zu welchem durch Teilen der lateralen Beschleunigung Gy durch die Fahrzeuggeschwindigkeit V gekommen wird, gleich der Komponente Kδ·Vo·γ entsprechend dem Wert der Giergeschwindigkeit γ beim Soll-Betätigungswinkel δh* ist (hierin nachfolgend die giergeschwindigkeitsabhängige Geschwindigkeit Vc genannt), gleich V_NS. Weiterhin gilt dann, wenn Vo > 1, Vc > V_NS und dann, wenn Vo < 1, Vc < V_NS. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Einstellwert der giergeschwindigkeitsabhängigen Giergeschwindigkeit Vc so, dass er geändert werden kann, indem die Übergangsgeschwindigkeit Vo geändert wird, um eine optimale Steuerung bzw. Regelung zu ermöglichen.
Die Steuerung 20 speichert eine vorbestimmte Beziehung zwischen dem Soll-Betätigungswinkel δh*, dem Betätigungswinkel δh und dem Soll-Antriebsstrom It* des Betätigungs-Stellantriebs 19 und berechnet basierend auf dieser gespeicherten Beziehung den Soll-Antriebsstrom It* entsprechend dem oben angegebenen berechneten Soll-Betätigungswinkel δh* und einem erfassten Betätigungswinkel δh. Das Steuermoment Tm wird durch den Betätigungs-Stellantrieb 19 erzeugt, der gemäß dem Soll-Antriebsstrom It* angetrieben wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die vorbestimmte Beziehung die Übertragungsfunktion G3 des Soll-Antriebsstroms It* relativ zu der Abweichung (δh* – δh) zwischen dem Soll-Betätigungswinkel δh* und dem erfassten Betätigungswinkel δh und wird als G3 = (Kg + Kh/s) ausgedrückt, so dass eine PI-Regelung durchgeführt wird, wobei Kg die proportionale Verstärkung ist, Kh die integrale Verstärkung ist und s der Laplace-Operator ist. In Übereinstimmung damit wird der folgende Ausdruck realisiert, und der Ausdruck ist in der Steuerung 20 gespeichert. It* = G3·(δh* – δh)
Jede Verstärkung Kg, Kh ist eingestellt, um eine optimale Steuerung bzw. Regelung zu ermöglichen. Jede Verstärkung Kg, Kh kann als Funktion einer Fahrzeuggeschwindigkeit angesehen werden und gemäß einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit V erhöht werden, um eine Stabilität durch Erhöhen des zum Betreiben des Betätigungselements 1 bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten V erforderlichen Betätigungsmoments Th zu verstärken.
Das Steuerverfahren bzw. Regelverfahren durch die oben angegebene Steuerung 20 wird nun unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm der 5 erklärt. Zuerst werden durch einen jeweiligen Sensor erfasste Daten eingelesen (Schritt 1). Als nächstes wird ein Lastmoment T, das eine Summe aus dem bestimmten Betätigungsmoment Th und dem Steuermoment Tm ist, berechnet (Schritt 2). Die Soll-Giergeschwindigkeit γ* entsprechend dem berechneten Lastmoment T und dem bestimmten Betätigungswinkel δh wird aus der gespeicherten Beziehung γ* = Kγ·(Kt·T + δh) berechnet (Schritt 3). Der Soll-Lenkwinkel δ* entsprechend der Abweichung zwischen der berechneten Soll-Giergeschwindigkeit γ* und der bestimmten Giergeschwindigkeit γ wird aus der gespeicherten Beziehung δ* = G1·(y* – γ) berechnet (Schritt 4). Der Soll-Antriebsstrom Is* des Lenk-Stellantriebs 2 entsprechend der Abweichung zwischen dem berechneten Soll-Lenkwinkel δ* und dem bestimmten Lenkwinkel δ wird aus der gespeicherten Beziehung Is* = G2·(δ* – δ) berechnet (Schritt 5). Der Lenk-Stellantrieb 2 wird gemäß dem Soll-Antriebsstrom Is* so angetrieben, dass der Lenkwinkel δ dem Soll-Lenkwinkel δ* entspricht. In Übereinstimmung damit wird der Lenk-Stellantrieb 2 so gesteuert bzw. geregelt, dass die bestimmte Giergeschwindigkeit γ der Soll-Giergeschwindigkeit γ* folgt (Schritt 6). Als nächstes wird der Soll-Betätigungswinkel δh* entsprechend der bestimmten Giergeschwindigkeit γ, der lateralen Beschleunigung Gy und der Fahrzeuggeschwindigkeit V aus der gespeicherten Beziehung δh* = Kδ·(Gy/V + Vo·γ) berechnet (Schritt 7). Der Soll-Antriebsstrom It* des Betätigungs-Stellantriebs 19 entsprechend der Abweichung zwischen dem berechneten Soll-Betätigungswinkel δh* und dem bestimmten Betätigungswinkel δh wird aus der gespeicherten Beziehung It* = G3·(δh* – δh) berechnet (Schritt 8). Das Steuer- bzw. Regelmoment Tm wird durch Antreiben des Betätigungs-Stellantriebs 19 gemäß dem Soll-Antriebsstrom It* erzeugt. In Übereinstimmung damit wird der Betätigungs-Stellantrieb 19 so gesteuert, dass der bestimmte Betätigungswinkel δh dem berechneten Soll-Betätigungswinkel δh* folgt (Schritt 9). Als nächstes wird bestimmt, ob eine Steuerung beispielsweise demgemäß zu beenden ist oder nicht, ob der Fahrzeugzündungsschalter EIN ist oder nicht (Schritt 10), und in einem Fall, in welchem eine Verarbeitung nicht beendet ist, springt die Verarbeitung zum Schritt 1 zurück.
Nun werden Beispiele für Einstellungen von Kγ, Kδ beim oben angegebenen Aufbau erklärt. In einem stabilen Kurvenfahrzustand, in welchem die Soll-Giergeschwindigkeit γ* und eine erfasste Ist-Giergeschwindigkeit γ identisch sind und der Soll-Betätigungswinkel δh* und ein erfasster Ist-Betätigungswinkel γh identisch sind, werden folgende Ausdrücke (1), (2) aus den oben angegebenen Ausdrücken γ* = Kγ·(Kt·T + δh) und δh* = Kγ·(Gy/V + Vo·γ) realisiert. γ = Kγ·(Kt·T + δh) (1) δh = Kδ·(Gy/V + Vo·γ) (2)
Weiterhin wird im stabilem Kurvenfahrzustand die Federkonstante des elastischen Elements 30 zum Zurückbringen des Betätigungselements 1 zu einer geradeaus gerichteten Lenkposition als Ks behandelt. Weil die Beziehungen ungefähr T = Ks·δh, Gy/V = γ sind, werden dann, wenn diese Ausdrücke in die oben angegebenen Ausdrücke (1), (2) eingesetzt werden, die folgenden Ausdrücke (3), (4) realisiert. γ = Kγ·(Kt·Ks + 1)·δh (3) δh = Kδ·(Vo + 1)·γ (4)
In Übereinstimmung damit werden dann, wenn beispielsweise angenommen wird, dass Ks = 3,183 N·m/rad, Kt = 0,5, Vo = 1,0 und γ/δh = 0,2222, aus den Ausdrücken (3), (4) die Einstellungen Kγ = 0,0857, Kδ = 2,25 durchgeführt. In diesem Fall ergibt sich aus dem Ausdruck (1) das Lastmoment T zu der Zeit, zu welcher die Betätigungsquantität π/2rad ist und die Giergeschwindigkeit π/9rad/sek ist, zu 5 N·m.
6(1) bis 8(3) sind Bodediagramme, die ein Beispiel einer Frequenzantwortsimulation der Giergeschwindigkeit γ relativ zum Lastmoment in der Lenkvorrichtung des oben angegebenen Aufbaus zeigen, und Nyquist-Diagramme, wobei 6(1) bis 6(3) einen Fall zeigen, in welchem die Fahrzeuggeschwindigkeit 20 km/Stunde ist, 7(1) bis 7(3) einen Fall zeigen, in welchem die Fahrzeuggeschwindigkeit 60 km/Stunde ist und 8(1) bis 8(3) einen Fall zeigen, in welchem die Fahrzeuggeschwindigkeit 100 km/Stunde ist.
Hier ist angenommen, dass das Trägheitsmoment Im des Betätigungselements 1 Im = 0,04 kg·m² ist, der viskose Widerstand Cs des Betätigungselements 1 Cs = 1,0 N·m sek und die Federkonstante Ks des elastischen Elements 30 Ks = 3,183 N·m/rad ist.
Weiterhin ist angenommen, dass die Übertragungsfunktion G1 = Gδ·(0,1 + 5/s) ist und dass bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 20 km/h Gδ = 0,28 gilt, bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 60 km/h Gδ = 0,19 gilt und bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 100 km/h Gδ = 0,165 gilt. Es ist angenommen, dass die Übertragungsfunktion G3 = Kt·(3 + 13/s) ist und dass bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 20 km/h Kt = 0,05 ist, bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 60 km/h Kt = 0,6 ist und bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 100 km/h Kt = 1,0 ist. Weiterhin ist angenommen, dass es keine Verzögerungen beim Betätigungs-Stellantrieb 19 gibt.
9(1) bis 9(3), 10(1) bis 10(3) sind Bodediagramme, die ein Beispiel einer Frequenzantwortsimulation der Giergeschwindigkeit γ relativ zur Soll-Giergeschwindigkeit γ* beim Simulationsmodell des in 11 gezeigten Vergleichsbeispiels zeigen, und Nyquist-Diagramme, wobei 9(1) bis 9(3) einen Fall zeigen, in welchem eine Fahrzeuggeschwindigkeit 60 km/h ist, und 10(1) bis 10(3) einen Fall zeigen, in welchem die Fahrzeuggeschwindigkeit 100 km/h ist. Beim Simulationsmodell ist G die Übertragungsfunktion des Lenkwinkels δ relativ zur Abweichung zwischen der Soll-Giergeschwindigkeit γ* und der Ist-Fahrzeuggiergeschwindigkeit γ, und diese Übertragungsfunktion G ist so eingestellt, dass eine proportionale integrale (PI-)Regelung durchgeführt wird, und hier ist angenommen, dass G = 0,1 + 5/s ist.
Wenn die Bodediagramme der 6(1), der 6(2), der 7(1), der 7(2), der 8(1) und der 8(2) mit den Bodediagrammen der 9(1), der 9(2), der 10(1) und der 10(2) verglichen werden, gibt es praktisch keinen Unterschied zwischen der Ansprechempfindlichkeit der Giergeschwindigkeit γ relativ zum Betätigungsmoment Th in einem Fall, in welchem die Soll-Giergeschwindigkeit γ* durch Steuern bzw. Regeln des Lastmoments T, das auf das Betätigungselement 1 wirkt, auf der Basis der vorliegenden Erfindung eingestellt ist, und der Ansprechempfindlichkeit der Giergeschwindigkeit γ relativ zur Soll-Giergeschwindigkeit γ* in einem Fall, in welchem die Soll-Giergeschwindigkeit γ* ohne Steuern bzw. Regeln des Lastmoments T eingestellt ist, das auf das Betätigungselement 1 wirkt. Das bedeutet, dass die Ansprechempfindlichkeit selbst dann nicht erniedrigt wird, wenn das Lastmoment T, das auf das Betätigungselement 1 wirkt, gesteuert bzw. geregelt wird. Gegensätzlich dazu wird dann, wenn die Nyquist-Diagramme der 6(3), der 7(3) und der 8(3) mit den Nyquist-Diagrammen der 9(3) und der 10(3) verglichen werden, die Stabilität durch Steuern bzw. Regeln des Lastmoments T, das auf das Betätigungselement 1 wirkt, stark verbessert.
Ein Beispiel für Simulationsergebnisse für die Lenkvorrichtung des oben angegebenen Aufbaus ist durch 12(1) und 12(2) gezeigt, welche Figuren zeitliche Änderungen in Bezug auf die Giergeschwindigkeit γ, die Soll-Giergeschwindigkeit γ*, den Lenkwinkel δ und den Betätigungswinkel δh relativ zur schrittweisen Eingabe von 2,7 N·m des Betätigungsmoments Th zur Zeit t1 bis t2 (0,5 bis 5 Sekunden) bei einem Fahrzeug zeigen, das mit einer Geschwindigkeit von 60 km/h fährt, wobei der Reibkoeffizient zwischen dem Fahrzeug und der Oberfläche der Straße wird bis zu t3 (2,5 Sekunden) als 1 angesehen und darauffolgend als 0,1 angesehen wird. Es ist gezeigt, dass dann, wenn die Giergeschwindigkeit γ gemäß einer Änderung in Bezug auf den Reibkoeffizienten abfällt, Überprüfungen derart durchgeführt werden, dass der Betätigungswinkel δh durch Steuern bzw. Regeln des Steuermoments Tm kleiner wird, um die Abweichung zwischen dem Soll-Betätigungswinkel δh* und dem Betätigungswinkel δh entsprechend der Giergeschwindigkeit γ zu entfernen, und daher wird die Lenkwinkeldivergenz verhindert, ohne die Abweichung zwischen der Giergeschwindigkeit γ und der Soll-Giergeschwindigkeit γ* zu erhöhen.
Gemäß dem oben angegebenen Aufbau wird der Betätigungswinkel δh durch die Betätigung des Betätigungselements 1 gemäß dem Lastmoment T erzeugt, das eine Summe des durch den Betätigungs-Stellantrieb 19 ausgegebenen Steuermoments Tm und des durch den Fahrer eingegebenen Betätigungsmoments Th ist. Das Steuermoment Tm funktioniert, um die Abweichung zwischen dem Betätigungswinkel δh und dem Soll-Betätigungswinkel δh* zu entfernen. Demgemäß funktioniert das Steuermoment Tm in einem Fall, in welchem der Betätigungswinkel δh den Soll-Betätigungswinkel δh* nicht erreicht, als Hilfskraft für die Operation bzw. Betätigung des Betätigungselements 1, und funktioniert das Steuermoment Tm in einem Fall, in welchem der Betätigungswinkel δh den Soll-Betätigungswinkel δh* übersteigt, als Reaktionskraft gegenüber der Operation bzw. Betätigung des Betätigungselements 1.
Weiterhin wird der Lenk-Stellantrieb 2 so gesteuert, dass die Giergeschwindigkeit γ der Soll-Giergeschwindigkeit γ* entsprechend dem Betätigungswinkel δh und dem Lastmoment T folgt. Die Giergeschwindigkeit γ und die laterale Beschleunigung Gy ändern sich durch die Steuerung des Lenk-Stellantriebs 2. Der Soll-Betätigungswinkel δh* entspricht der Giergeschwindigkeit γ und der lateralen Beschleunigung Gy, und der Betätigungswinkel δh entspricht der Soll-Giergeschwindigkeit γ*.
Demgemäß funktioniert in einem Fall, in welchem die Giergeschwindigkeit γ die Soll-Giergeschwindigkeit γ* nicht erreicht, weil der Betätigungswinkel δh den Soll-Betätigungswinkel δh* übersteigt, die Reaktionskraft gegenüber der Operation, wie es hierin oben angegeben ist. In Übereinstimmung damit kann in einem Fall, in welchem sich die Giergeschwindigkeit γ aufgrund eines Abfalls in Bezug auf den Reibkoeffizienten zwischen der Straßenoberfläche und den Rädern nicht erhöht, oder aufgrund dessen, dass die laterale Kraft eines Reifens ihre Grenze selbst dann erreicht hat, wenn das Betätigungsmoment Th erhöht wird, die Reaktionskraft gegenüber der Operation veranlasst werden, zu funktionieren. Zu dieser Zeit kann selbst dann, wenn der Fahrer das Betätigungsmoment Th weiter erhöht, die Erhöhung in Bezug auf das Betätigungsmoment Th durch eine Erhöhung in Bezug auf die Reaktionskraft gegenüber der Operation ausgeglichen werden, und daher kann das Lastmoment T, das auf das Betätigungselement 1 wirkt, nahezu konstant gehalten werden, und die Soll-Giergeschwindigkeit γ* entsprechend dem Lastmoment T und dem Betätigungswinkel δh erhöht sich nicht. Das bedeutet, dass deshalb, weil der Betätigungswinkel δh und das Lastmoment T, und demzufolge die Soll-Giergeschwindigkeit γ*, durch die Reaktionskraft gegenüber der Operation bzw. der Betätigung in Schach gehalten werden können, die Divergenz des Lenkwinkels δ verhindert werden kann und ein Fahrzeugverhalten stabilisiert werden kann. Weiterhin ist es dann, wenn eine Verzögerung in Bezug auf die Giergeschwindigkeit, die der Soll-Giergeschwindigkeit folgt, aufgrund einer Verzögerung in Bezug auf die Reaktion des Lenk-Stellantriebs 2 auftritt, weil die Reaktionskraft gegenüber der Operation wie zuvor funktioniert, möglich, das falsche Gefühl zu mildern, das aus der verzögerten Reaktion bzw. Antwort bzw. Ansprechbarkeit dieses Lenk-Stellantriebs 2 resultiert, wodurch ein verbessertes Lenkgefühl ermöglicht wird.
Weiterhin kann die Lenkvorrichtung mit einer Anpassung an Fahrzeugverhaltens-Charakteristiken gesteuert werden, so dass die Giergeschwindigkeit γ bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit V kleiner wird, indem die Wirkung einer lateralen Beschleunigung Gy bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit V größer gemacht wird und indem die Wirkung der Giergeschwindigkeit γ gemäß einer Erhöhung in Bezug auf die Fahrzeuggeschwindigkeit V größer gemacht wird, und zwar in Antwort auf den Soll-Betätigungswinkel δh*. Weiterhin ist es deshalb, weil der Einstellwert der Fahrzeuggeschwindigkeit Vc zu der Zeit, zu welcher die Komponente entsprechend einem Wert, auf den durch Teilen der lateralen Beschleunigung Gy durch die Fahrzeuggeschwindigkeit V gekommen wird, gleich der Komponente entsprechend einem Wert der Giergeschwindigkeit γ beim Soll-Betätigungswinkel δh ist, durch Ändern der Übergangsgeschwindigkeit Vo geändert werden kann, möglich, die Lenkvorrichtung mit einer noch besseren Anpassung an Fahrzeugverhaltens-Charakteristiken zu steuern.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise können der Lenk-Stellantrieb 2 und der Betätigungs-Stellantrieb 19 durch Einstellen des Soll-Betätigungswinkel δh* gemäß der Giergeschwindigkeit γ allein bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit V, die größer als eine eingestellte Fahrzeuggeschwindigkeit ist, gesteuert bzw. geregelt werden, und zusätzlich durch Einstellen des Soll-Lenkwinkels δ* und des Soll-Betätigungswinkels δh* gemäß dem Betätigungswinkel allein bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit V, die kleiner als eine eingestellte Fahrzeuggeschwindigkeit ist, bei welcher die Giergeschwindigkeit γ kaum erzeugt wird.

Claims

Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, die folgendes aufweist: ein Betätigungselement (1), das dadurch betätigt wird, dass es gedreht wird; einen Lenk-Stellantrieb (2), der gemäß einer Betätigung des Betätigungselements (1) angetrieben wird; eine Einrichtung (3) zum Übertragen der Bewegung des Lenk-Stellantriebs (2) auf Räder (4) des Fahrzeugs, so dass sich ein Lenkwinkel (δ) gemäß der Bewegung ändert, ohne das Betätigungselement (1) mechanisch mit den Rädern (4) zu koppeln; einen Betätigungs-Stellantrieb (19) zum Erzeugen eines Steuermoments (Tm), welches auf das Betätigungselement (1) wirkt; ein elastisches Element (30) zum Liefern einer Kraft in der Richtung, in welcher das Betätigungselement (1) veranlasst wird, zu einer geradeaus gerichteten Lenkposition zurückzukehren; einen Elektrostromsensor (19a) zum Erfassen eines Laststroms des Betätigungs-Stellantriebs (19) als Wert entsprechend dem Steuermoment (Tm); einen Drehmomentsensor (12) zum Erfassen eines durch einen Fahrer auf das Betätigungselement (1) ausgeübten Betätigungsmoments (Th); eine Steuerung (20) zum Berechnen eines Lastmoments (T), welches eine Summe aus dem Steuermoment (Tm) und dem erfassten Betätigungsmoment (Th) ist; einen Winkelsensor (11) zum Bestimmen eines Betätigungswinkels (δh) des Betätigungselements (1), das durch die Wirkung des Lastmoments (T) betrieben wird; eine Steuerung (20) zum Berechnen eines Soll-Verhaltensindexwerts des Fahrzeugs, der wenigstens eine Soll-Giergeschwindigkeit (γ*), entsprechend dem bestimmten Lastmoment (T) und einem Betätigungswinkel (δh), aufweist, basierend auf einer gespeicherten Beziehung zwischen dem Lastmoment (T), dem Betätigungswinkel (δh) und dem Soll-Verhaltensindexwert; einen Sensor (14, 15, 16) zum Bestimmen eines Werts, der wenigstens eine Giergeschwindigkeit (γ) des Fahrzeugs aufweist, als Verhaltensindexwert entsprechend einer Änderung eines Verhaltens des Fahrzeugs; eine Steuerung (20) zum Steuern des Lenk-Stellantriebs (2), so dass der bestimmte Verhaltensindexwert dem Soll-Verhaltensindexwert folgt; eine Steuerung (20) zum Berechnen eines Soll-Betätigungswinkels (δh*) des Betätigungselements (1) entsprechend dem bestimmten Verhaltensindexwert basierend auf einer gespeicherten Beziehung zwischen dem Verhaltensindexwert und dem Soll-Betätigungswinkel (δh*); und eine Steuerung (20) zum Steuern des Betätigungs-Stellantriebs (19), so dass der bestimmte Betätigungswinkel (δh) dem berechneten Soll-Betätigungswinkel (δh*) folgt.
Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lenkgetriebe als Einrichtung (3) zum Übertragen der Bewegung des Lenk-Stellantriebs (2) auf die Räder (4) eingesetzt ist, so dass sich der Lenkwinkel (δ) gemäß der Bewegung ändert.
Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine laterale Beschleunigung (Gy) und eine Fahrzeuggeschwindigkeit (V) zusätzlich zur Giergeschwindigkeit (γ) als der Verhaltensindexwert bestimmt werden, der Soll-Betätigungswinkel (δh*) eine Komponente entsprechend einem Wert hat, auf den durch Teilen der lateralen Beschleunigung (Gy) durch die Fahrzeuggeschwindigkeit (V) gekommen wird, und eine Komponente entsprechend dem Wert der Giergeschwindigkeit (γ), und sich das Verhältnis der Komponente entsprechend dem Wert der Giergeschwindigkeit (γ) beim Soll-Betätigungswinkel (δh*) gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit (V) ändert; δh* = Kδ·(Gy/V + Vo·γ) als die gespeicherte Beziehung zwischen dem Verhaltensindexwert und dem Soll-Betätigungswinkel (δh*) gespeichert wird, wobei Kδ eine Proportionalitätskonstante ist und Vo eine Übergangsgeschwindigkeit ist.
Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstellwert der Fahrzeuggeschwindigkeit (V) zu der Zeit, zu welcher die Komponente entsprechend einem Wert, auf den durch Teilen der lateralen Beschleunigung (Gy) durch die Fahrzeuggeschwindigkeit (V) gekommen wird, gleich der Komponente entsprechend dem Wert der Giergeschwindigkeit (γ) beim Soll-Betätigungswinkel (δh*) ist, durch Ändern der Übergangsgeschwindigkeit (Vo) geändert werden kann.