DE10146975A1

DE10146975A1 - Steuereinrichtung für elektrische Servolenkung

Info

Publication number: DE10146975A1
Application number: DE10146975A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Shibazaki; Shuji Endo
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2001-09-24
Publication date: 2002-07-04
Anticipated expiration: 2021-09-25
Also published as: DE10146975B4; JP3899797B2; US20020056587A1; JP2002096752A; US6681165B2

Abstract

Steuereinrichtung für eine elektrische Servolenkung, die einen Motor, basierend auf einem Lenkhilfe-Sollwert (I) steuert, der in einem Lenkhilfe-Sollwert-Berechnungsteil (100), basierend auf einem in einer Lenkwelle erzeugten Lenkmoment (T) und einem aus einem Motorstrom ermittelten Stromsteuerwert berechnet wird, um an einen Lenkmechanismus eine Lenkhilfskraft zu geben, und die eine Verstärkungskurve der Kennlinie des gesamten Steuersystems mit dem Lenkhilfe-Sollwert als Eingangsgröße hat, die zumindest teilweise einen einen vorbestimmten Wert übersteigenden Gradienten aufweist, wobei die Lenkhilfe-Sollwert-Berechnungseinheit sich zusammensetzt aus einem Approximationsfunktionsausdruck, in welchem zumindest die ersten Ableitungen stetig sind, und der Lenkhilfe-Sollwert wird durch Berechnungen, die aus diesen Approximationsfunktionsausdrücken beruhen. Hierdurch ist es möglich, daß die Steuereinrichtung für ein durchgängiges angenehmes Lenkgefühl sorgt, da die Lenkhilfe-Sollwerte eine stetige Funktion bilden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine elektrische Servolenkung, insbesondere betrifft sie eine Steuereinrichtung für eine elektrische Servolenkung, die durch Bereitstellung einer ruckfreien Lenkhilfskraft zu überlegenem Lenkver halten führt.

Bei einer elektrischen Servolenkung für ein Kraftfahrzeug werden ein Lenkmoment und eine Fahrzeuggeschwindigkeit beim Betätigen einer Lenkwelle über ein Lenk rad erfaßt, und auf der Grundlage dieser Signale wird ein Lenkhilfe-Sollwert derart berechnet, daß basierend auf diesem berechneten Lenkhilfe-Sollwert ein Elektro motor zur Unterstützung der Lenkkraft am Lenkrad angetrieben wird. Um den Lenkhilfe-Sollwert zu berechnen und den Motor auf der Grundlage dieses Lenkhil fe-Sollwerts zu steuern, wird eine elektronische Steuerschaltung mit einem Mikro computer verwendet.

Bei dem Lenkmoment gibt es eine Komponente entsprechend der Fahrbahn decken-Last, die ansprechend auf den Betrieb des Lenkrads erzeugt wird, außer dem eine Komponente entsprechend einer Reibungskraft, die im Lenkmechanis mus erzeugt wird. Aus diesem Grund wurde ein System vorgeschlagen, bei dem ein der Fahrbahndecken-Last entsprechender Steuerwert basierend auf dem er faßten Lenkmoment und ein der Reibungskraft des Lenkmechanismus entspre chender Steuerwert addiert werden, und hierdurch einen Lenkhilfesollwert zu er halten.

Bei der oben beschriebenen Steuereinrichtung werden Steuerwerte entsprechend der Fahrbahndecken-Last einhergehend mit Lenkmomenten und außerdem Rei bungskraft-Steuerwerte in Verbindung mit den Lenkmomenten vorab jeweils be stimmt und in einem Speicher abgespeichert. Abhängig von einem dann aktuell er mittelten Lenkmoment werden die dazugehörigen Daten aus dem Speicher gele sen, so daß der Lenkhilfe-Sollwert berechnet wird (vergleiche Japanische Patent veröffentlichung 5-10271 B2).

Bei einer solchen herkömmlichen Steuereinrichtung zum Berechnen des Lenkhil fe-Sollwerts werden der Steuerwert entsprechend der Fahrbahndecken-Last und der Reibungskraft-Steuerwert vorab in Abhängigkeit des Lenkmoments ermittelt. Nachdem also das Lenkmoment dann bestimmt wurde, kann der Lenkhilfe-Soll wert für ein derartiges Lenkmoment dann nur noch in Abhängigkeit der Fahrzeug geschwindigkeit variieren.

Deshalb werden die Lenkhilfe-Sollwerte in Abhängigkeit von Lenkmomenten vorab für mehrere Fahrzeuggeschwindigkeiten eingestellt, so daß dann basierend auf dem jeweils erfaßten Lenkmoment und der erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeit die Möglichkeit besteht, den Lenkhilfe-Sollwert direkt zu ermitteln. Indem man die Lenkhilfe-Sollwerte entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkmo ments schrittweise oder stufenweise einstellt, kann man Speicherkapazität redu zieren. Da sich allerdings die Lenkhilfe-Sollwerte abhängig von Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkmoments nicht kontinuierlich ändern, kann sich die Lenkhilfskraft nicht glatt oder übergangslos ändern, was zu einer Beein trächtigung des Gefühls beim Lenken seitens des Fahrers führt.

Um die obigen Probleme zu lösen, kann der Lenkhilfe-Sollwert sehr fein in Abhän gigkeit von Fahrzeuggeschwindigkeit und Lenkmoment eingestellt werden. Aller dings bedingt dieses Verfahren eine starke Erhöhung der erforderlichen Speicher kapazität mit entsprechend hohen Kosten.

Um diese Probleme zu lösen, wurde von der Anmelderin der vorliegenden Erfin dung ein Verfahren vorgeschlagen (Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungs schrift 8-1150954 A), bei dem bezüglich typischer Fahrzeuggeschwindigkeiten Lenkhilfe-Sollwerte entsprechend jeweiligen Lenkmomenten in einem Speicher ab gespeichert werden, um dann, wenn sich die jeweils ermittelte Fahrzeuggeschwin digkeit zwischen zwei typischen, in dem Speicher abgespeicherten Fahrzeugge schwindigkeiten befindet, diejenigen Lenkhilfe-Sollwerte aus der Speichereinrich tung auszulesen, die den Lenkmomenten bezüglich der typischen Fahrzeugge schwindigkeiten gerade unterhalb und gerade oberhalb der ermittelten Fahrzeug geschwindigkeit entsprechen, um basierend auf den Differenzen bezüglich der de tektierten Fahrzeuggeschwindigkeit und unter Berücksichtigung von Fahrzeugge schwindigkeits-Korrekturkoeffizienten einen Lenkhilfe-Sollwert zu errechnen, der der ermittelten aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Lenkmoment ent spricht.

Aber selbst bei dem obigen Verfahren, bei dem bezüglich typischer Fahrzeugge schwindigkeiten die Lenkhilfe-Sollwerte entsprechend einzelnen Lenkmomenten in dem Speicher abgespeichert werden, gibt es dann, wenn die Lenkhilfe-Sollwerte für die Lenkmomente fein abgestuft eingestellt werden, immer noch eine Erhöhung der erforderlichen Speicherkapazität mit daraus resultierenden erhöhten Kosten. Außerdem wird dann, wenn sich der Lenkhilfe-Sollwert ändert, ein anderes Pro blem ersichtlich, das nämlich darin besteht, daß die zeitraubenden Aufgaben ab zuarbeiten sind, um die in dem Speicher abgespeicherten Daten zu ändern. Ein weiteres Problem besteht darin, daß dann, wenn der Lenkhilfe-Sollwert entspre chend dem jeweiligen Lenkmoment berechnet wird, wenn z. B. die Berechnung un ter Verwendung einer endlichen Wortlänge von beispielsweise 8 Bits erfolgt, die niedrigwertigeren Ziffern (8 Bits) der jeweiligen Rechenergebnisse (die 16 Bits be tragen können) abgerundet werden, was durch die digitale Verarbeitung zu einem Quantisierungsfehler führt. Derartige Quantisierungsfehler führen dazu, daß der Fahrer mit den Händen am Lenkrad ein unerwünschtes nicht-ruckfreies Gefühl hat, wenn sanfte und feine Lenkvorgänge ausgeführt werden.

Aus diesem Grund wurde von der Anmelderin ein weiteres Verfahren vorgeschla gen (Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift 10-59203 A), bei dem ei ne Lenkhilfe-Sollwert-Betriebseinrichtung Operationen basierend auf mehreren Approximations-Funktionsausdrücken ausführt, um eine Approximation einer Funktion höherer Ordnung vorzunehmen, die mit mindestens drei Punkten in dem dem jeweiligen Lenkmoment entsprechenden Lenkhilfe-Sollwert übereinstimmt.

Allerdings wird bei dem obigen Operationsverfahren unter Verwendung mehrerer Approximations-Funktionsausdrücke zur Bildung einer Approximation an einen Funktionsausdruck höherer Ordnung die resultierende Funktion einfach dadurch gebildet, daß mehrere quadratische oder höhere Funktionen verbunden werden. Obschon also ein übergangsloser Lenkhilfe-Sollwert außer an den Verbindungsab schnitten der Funktionen gewonnen wird, wird die Änderungsgeschwindigkeit der Funktion an den Verbindungsabschnitten diskontinuierlich, was das Lenkgefühl beeinträchtigt. Außerdem wird bei dem Versuch, das mechanische System der elektrischen Servolenkung zu stabilisieren und damit Vibrationen in dem Unterset zungsgetriebeabschnitt mit Hilfe eines Gummidämpfers zu stabilisieren und das Steuergefühl einzujustieren, in einer Stufe hinter der Lenkhilfe-Sollwert-Operati onseinheit der Steuereinrichtung ein Steuersystem verwendet, bei dem eine cha rakteristische Verstärkungskurve des gesamten Steuersystems mit dem Lenkhilfe-Sollwert als Eingangsgröße zumindest teilweise einen Gradienten aufweist, der ei nen vorbestimmten Wert hat (z. B. 10 dB/Dekade). Da in diesem Fall allerdings das Steuersystem eine Differential-Kennlinie hat, und da die erste Ableitung der Funk tionen an den Verbindungsstellen der quadratischen oder höheren Funktionen un stetig ist, wird das Ausgangssignal des Steuersystems diskontinuierlich, was zu ei ner weiteren Verschlechterung des Lenkverhaltens führt.

Offenbarung der Erfindung

Durch die vorliegende Erfindung sollen die obigen Probleme gelöst oder doch zu mindest gemildert werden, und es Ziel der Erfindung, eine Steuereinrichtung für ei ne elektrische Servolenkung zu schaffen, die ein durchgängiges und angenehmes Lenkgefühl dadurch erzeugt, daß als Lenkhilfe-Sollwert für die elektrische Servo lenkung eine stetige Funktion bereitgestellt wird.

Erreicht wird dies erfindungsgemäß mit der im Anspruch 1 angegebenen Erfin dung. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildung der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In den begleitenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm, das den Aufbau gemäß der Erfindung veranschau licht;

Fig. 2 ein Blockdiagramm, das eine Übertragungsfunktion einer Steuereinheit veranschaulicht;

Fig. 3 ein vereinfachtes Blockdiagramm der Fig. 2;

Fig. 4 den Frequenzgang eines Motors;

Fig. 5 eines Abstimm-Beispiels für eine Übertragungskennlinie der Übertragung von einer Straßeneingabe zu einem Lenkmoment;

Fig. 6A und 6B (Hydraulik-) Meßbeispiele für ein Lenkmoment, daß man beim Fahren auf einer Kopfsteinpflasterstraße;

Fig. 7A und 7B Darstellungen eines Meßbeispiels (elektrisch) beim Fahren auf ei ner Kopfsteinpflasterstraße;

Fig. 8A und 8B jeweils ein Beispiel einer Lenk-Kennlinie beim Fahren mit 100 Km/h;

Fig. 9 eine Schnittdarstellung einer Ritzel-Zahnstangen-Anordnung, wie sie erfin dungsgemäß verwendet wird;

Fig. 10 ein charakteristisches Beispiel für die Mechanismen nach den Fig. 7A und 7B im Vergleich zu einer herkömmlichen Einrichtung;

Fig. 11 eine Schnittdarstellung eines Bauteils einer herkömmlichen Ritzel- und Zahnstangenanordnung;

Fig. 12 eine Darstellung eines Schneckenachsen-Lagerteils eines Motor-Unterset zungsgetriebes;

Fig. 13 eine Kennlinie für den Fall, daß an dem Schneckenachsen-Lagerteil kein Gummi befestigt ist;

Fig. 14 eine Kennlinie für den Fall, daß an dem Schneckenachsen-Lagerteil Gum mi angebracht ist;

Fig. 15 eine Schnittdarstellung eines Drehmomentsensors, wie er erfindungsge mäß verwendet wird;

Fig. 16 eine perspektivische Ansicht eines Drehmomentsensors gemäß der Erfin dung;

Fig. 17 ein Blockdiagramm eines Mittenansprech-Verbesserungsteils;

Fig. 18 eine Kennlinie für einen Phasenkompensationsteil;

Fig. 19 eine Kennlinie für einen Approximations-Differentialteil;

Fig. 20 eine Darstellung der synthetischen Kennlinie für den Phasenkompensati onsteil und den Approximations-Differentialteil;

Fig. 21 eine tabellarische Übersicht über ein Einstellbeispiel für eine Verstärkung bei einer gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit und gegebenen Lenkmo ment;

Fig. 22 eine Grund-Hilfskennlinie;

Fig. 23 ein Beispiel für eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Interpolation;

Fig. 24 ein Blockdiagramm eines baulichen Beispiels für eine Drehmoment-Steu eroperation;

Fig. 25 eine Kennlinie für eine Robustheits-Stabilisierkompensation;

Fig. 26 eine Zeichnung eines charakteristischen Beispiels eines Steuersystems;

Fig. 27 ein charakteristisches Beispiel für ein mechanisches System;

Fig. 28 eine Kennlinie, die die vorliegende Erfindung verdeutlicht;

Fig. 29 eine Kennlinie, die zur Erläuterung der Erfindung dient;

Fig. 30 eine Kennlinie, die zur Erläuterung der Erfindung dient;

Fig. 31 eine Kennlinie, die zur Erläuterung der Erfindung dient; und

Fig. 32 eine Kennlinie, die zur Erläuterung der Erfindung dient.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die erfindungsgemäße Regel- oder Steuereinrichtung für eine elektrische Servo lenkung ist mit einer Lenkmoment-Detektoreinrichtung zum Nachweisen eines Lenkmoments, das von einer Lenkwelle aufgebracht wird, ausgestattet, außerdem mit einer Lenkhilfe-Sollwert-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Lenk hilfe-Sollwerts basierend auf dem erfaßten Lenkmoment, und einer Motorstrom-Steuereinrichtung zum Steuern eines Motorstroms auf der Grundlage des so be rechneten Lenkhilfe-Sollwerts. Damit liefert die Steuereinrichtung eine Lenkhilfs kraft nach Maßgabe des Lenkmoments an den Lenkmechanismus. Bei dieser Ausgestaltung wird die Lenkhilfe-Sollwert-Berechnungseinrichtung durch eine Re cheneinrichtung gebildet, die eine Approximation an eine Funktion vollzieht, wobei mindestens einmal abgeleitete Funktionen stetig sind, und basierend auf dem Ap proximations-Funktionsausdruck berechnet die Berechnungseinrichtung den Lenk hilfe-Sollwert entsprechend dem ermittelten Wert des Drehmoments. Vorzugswei se ist der Approximations-Funktionsausdruck eine Splinefunktion n-ter Ordnung, und vorzugsweise wird die Approximationsfunktion als quadratische Splinefunktion vorgegeben. Damit ist nicht nur der dem ermittelten Wert des Lenkmoments ent sprechende Lenkhilfe-Sollwert stetig, sondern außerdem ist zumindest die Ände rungsgeschwindigkeit stetig (d. h. die erste Ableitung).

Im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren, das eine Funktion verwendet, bei der mehrere quadratische Funktionen oder Funktionen höherer Ordnung ein fach hintereinander gereiht werden (vergl. Japanische Patentanmeldung-Offenle gungsschrift 10-59203 A), wird es möglich, eine Steuereinrichtung für eine Servo lenkung zu schaffen, mit der ein überlegenes, glatteres und ruckfreieres Lenkge fühl vermittelt wird.

Auf die Figuren Bezug nehmend, soll im folgenden eine Reihe von Ausführungs beispielen der Erfindung erläutert werden.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das den Gesamtaufbau einer Steuereinrichtung ge mäß der Erfindung zeigt. In einen Lenkhilfe-Sollwert-Berechnungsteil 100 und in ein Mittenansprech-Verbesserungsteil 101 wird ein Lenkmoment T eingegeben, die jeweiligen Ausgangsgrößen der beiden Teile werden auf einen Addierer 102 geführt, das Additionsergebnis wird in einen Drehmomentsteuerungs-Berech nungsteil 103 eingegeben. Dessen Ausgangssignal wird auf einen Motorverlust strom-Kompensationsteil 104 gegeben, dessen Ausgangssignal über einen Addie rer 105 auf einen Maximalstrom-Begrenzungsteil 106 gegeben wird, so daß der maximale Strom begrenzt wird, das entsprechende resultierende Signal wird auf den Stromsteuerteil 110 gegeben. Das Ausgangssignal des Stromsteuerteils 110 wird über einen H-Brücken-Kennlinienkompensationsteil 111 auf eine Stromtrei berschaltung 112 gegeben, wodurch ein Motor 113 angesteuert wird.

Ein Motorstrom i des Motors 113 wird auf einen Motor-Winkelgeschwindigkeits-Ab schätzteil 121 gegeben, einen Treiberstrom-Umschaltteil 122 und einen Strom steuerteil 110 gegeben, und zwar jeweils über einen Motorstromversatz-Korrektur teil 120, und eine Motor-Klemmenspannung Vm wird in den Motor-Winkelge schwindigkeits-Abschätzteil 121 eingegeben. Eine Winkelgeschwindigkeit ω, die von diesem Abschätzteil 121 abgeschätzt wird, wird in einen Motor-Winkelbe schleunigungs-Abschätz-/Trägheitskompensationsteil 123, einen Motorverlustmo ment-Kompensationsteil 124 und einen Gierraten-Abschätzteil 125 eingegeben, wobei das Ausgangssignal des Gierraten-Abschätzteils 125 auf einen Konver genzsteuerteil 126 gegeben wird. Dann werden die jeweiligen Ausgangsgrößen des Konvergenzsteuerteils 126 und des Motorverlustmoment-Kompensationsteils 124 auf einen Addierer 127 gegeben, und das Additionsergebnis wird auf den Ad dierer 102 gegeben. Der Motorverlustmoment-Kompensationsteil 124 gibt einen Hilfswert entsprechend einem Drehmomentverlust in der Richtung, in der der Drehmomentverlust in dem Motor 113 entsteht, d. h. in Drehrichtung des Motors, und der Konvergenzsteuerteil 126 kann das Verhalten des Rads, mit Abweichun gen zu drehen, abbremsen, um die Konvergenzeigenschaft des Gierens des Fahr zeugs zu verbessern.

Außerdem gibt es einen Stromdithersignal-Erzeugungsteil 130 zum Erzeugen ei nes Dithersignals, welches den Motor 113 in sehr feine Schwingungen versetzt, deren Ausmaß jedoch so gering ist, daß der Fahrer die Vibration nicht spürt. Die Ausgangssignale des Stromdithersignal-Erzeugungsteils 130 und des Motor-Win kelbeschleunigungs-Abschätz-/Trägheitskompensationsteils 123 werden von ei nem Addierer 131 addiert, das Additionsergebnis wird auf einen Addierer 105 ge geben. Dann wird das Additionsergebnis des Addierers 105 auf den Maximal strom-Begrenzungsteil 106 gegeben.

Die elektrische Servolenkung läßt sich basierend auf dem Frequenzbereich ausbil den, so daß sich das Problem von Verlusten dadurch lösen läßt, daß man komple mentäre Empfindlichkeitsfunktionen gemäß Fig. 2 im Frequenzbereich löst (vgl. z. B. Japanische Patentanmeldung 2000-154284). In anderen Worten: in einer hochentwickelten Lenkanlage werden unnötige Störungen unterdrückt, während unvermeidliche Störungen auf das Lenkrad übertragen werden können. In Fig. 2 bezeichnet "Th" das Lenkmoment "V" die Fahrzeuggeschwindigkeit, θ den Lenk winkel und "SAT" das Selbstaurichtmoment.

Beispielsweise wird bei einer herkömmlichen, hydraulischen Servolenkung das Problem dadurch gelöst, daß man die Reibung des Lenksystems einjustiert. Dies versagt allerdings bei dem Versuch, die beiden oben erläuterten Punkte gleichzei tig zu erfüllen. Im Gegensatz dazu ermöglicht die vorliegende elektrische Servo lenkung, die Übertragungskennlinie für die Übertragung von der Fahrbahnoberflä che auf das Lenkrad zu definieren, und deshalb ist es auch möglich, das Problem der Verluste im Frequenzbereich zu lösen. Genauer gesagt: Hinsichtlich der kom plementären Empfindlichkeitsfunktion des Steuersystems wird innerhalb eines Bandes, in welchem sich zu unterdrückende Störungen befinden, die komplemen täre Empfindlichkeitsfunktion T(s) in der Nähe von "1" eingestellt, wo hingegen in einem Band, in welchem sich zu übertragende Störungen befinden, die komple mentäre Empfindlichkeitsfunktion T(s) auf einen Wert in der Nähe von "0" einge stellt wird.

Bei der komplementären Empfindlichkeitsfunktion wird, bis das Fahrzeug dazu kommt, ein SAT (Selbstausrichtungsmoment) hervorzurufen, die Übertragungs kennlinie auf der Annahme beruhend berechnet, daß eine einfache Feder (Feder konstante: Kv) vorgesehen ist, so daß die konstante Verstärkung die Form "K/Kv/α²" hat. Außerdem liegt in einem Band, in dem sich zu unterdrückende Stö rungen befinden, die komplementäre Empfindlichkeitsfunktion in der Nähe von "1".

Beim Definieren der komplementären Empfindlichkeitsfunktion wird also Fig. 2 fol gendermaßen interpretiert: Fig. 2 wird als Steuersystem zum Steuern des Versat zes des Torsionsstabs betrachtet, und das Reduzieren des Versatzes des Torsi onsstabs ist äquivalent mit dem Reduzieren des Lenkmoments gemäß Fig. 2. Deshalb wird θ_b in Richtung θ_h zurückgekoppelt als Zielwert, so daß man das Sy stem als Steuersystem mit einer Regelverstärkung K (Steifigkeit des Torsions stabs) und einen Regler einer elektrischen Servolenkung betrachten kann. Die konstante Verstärkung des Reglers der elektrischen Servolenkung wird hier reprä sentiert durch den Gradienten der Hilfskennlinie, demzufolge die konstante Ver stärkung innerhalb eines Bereichs geringen Drehmoments Null ist. Die Steifigkeit der Torsionsstange und des Reglers bilden zusammengenommen einen neuen Regler C(s), wobei das Lenksystem auf P(s) eingestellt ist, wodurch ein verein fachtes allgemeines Steuer- oder Regelsystem gemäß Fig. 3 geschaffen wird. Die komplementäre Empfindlichkeitsfunktion T(s) wird dargestellt durch die in Fig. 3 gezeigte Gleichung, wobei d(s) eine Störung bedeutet, die von den Reifen des Fahrzeugs stammt. Diese Störung d(s) beinhaltet Differenzen der dynamischen Kennlinie zwischen der nicht-notwendigen Störung sowie der Kennlinie des Fahr zeugs und der einfachen Feder. Daher besteht das Ziel der komplementären Empfindlichkeitsfunktion T(s) darin, eine Differenz zwischen der einfachen Feder und dem aktuellen dynamischen Verhalten unter Verwendung eines passenden Bandes zu übertragen und außerdem nicht-notwendige Störungen zu unterdrücken.

Berücksichtigt man hier die Differenz zwischen der Übertragungskennlinie für die Übertragung von der Fahrbahndecke auf das Lenkmoment, und der Übertra gungskennlinie für den Zusammenhang zwischen Lenkwinkel und Lenkmoment, so wird die Trägheit des Motors gezielt hinsichtlich nicht-notwendiger Störungen genutzt, und die Trägheit des Motors, die man fühlt, wenn das Fahrzeug gelenkt wird, wird von dem Drehmomentsteuersystem kompensiert. Das Verstärkungsdia gramm in Fig. 4 zeigt Vergleiche der Übertragungskennlinien von dem Lenkwinkel zu dem Lenkmoment, abgeleitet aus den Motorträgheiten (hohe Trägheit, geringe Trägheit). Die Frequenzantwort des Motors nach Fig. 4 zeigt deutlich, daß der Ein fluß der Motorträgheit als Phasenverzögerungs-Charakteristik in Erscheinung tritt. Deshalb läßt sich der Einfluß der Motorträgheit kompensieren mit Hilfe eines Drehmomentsteuersystems, welches eine Phasenvoreilkennlinie benutzt, das ist eine Kennlinie, die umgekehrt zu der Phasenverzögerungskennlinie verläuft. Eine Kennlinie "A" in dem in Fig. 4 gezeigten Phasendiagramm zeigt einen Fall ohne jegliche Kompensation, eine Kennlinie "B" zeigt einen Fall mit Kompensation.

Bei der Ausgestaltung der Straßenoberflächen-Empfindlichkeit muß zunächst die Information über den Fahrbahnbelag von einem Drehmomentsensor erfaßt wer den. Anders ausgedrückt, es wird eine Anordnung geschaffen, um zu verhindern, daß sich zu dem Motor Straßenoberflächeninformation zumischt, und dann wird die komplementäre Empfindlichkeitsfunktion bezüglich der Frequenz des Drehmo mentregelsystems so ausgelegt, daß sie sich in dem Band, in welchem sich zu un terdrückende Störungen befinden, an "1" annähert, und wird außerdem so ausge legt, daß eine Annäherung an "0" in dem Band erfolgt, in dem sich zu übertragen de Störungen befinden. Da die Fahrbahnoberflächen-Information, die von den Rei fen stammt, als Betrag übertragen wird, aus dem Reibungskoeffizienten der jewei ligen Faktoren subtraktiv entfernt sind, und da die Motorträgheit als mechanisches Tiefpaßfilter fungiert, wird die Fahrbahninformation bei großer Trägheit gedämpft. Bezüglich der Ausgestaltung der komplementären Empfindlichkeitsfunktion wird, nachdem die Stabilität des Regelsystems durch allgemeine Regelsystem-Gestal tungsverfahren ausreichend gewährleistet wurde, eine Feinabstimmung gemäß dem in Frage kommenden Fahrzeug vorgenommen.

Bei der vorliegenden Erfindung wurden zur passenden Ausgestaltung der komple mentären Empfindlichkeitsfunktion eine Dreh-Zahnstangenanordnung, ein Gum midämpfer für einen Motoruntersetzungsmechanismus, ein kontaktfreier Drehmo mentsensor und ein Drehmomentregelsystem verbessert. Die folgende Beschrei bung diskutiert diese Verfahren nacheinander.

Um zu verhindern, daß der Motor beeinflußt wird von Information über die Fahr bahndecke, sind folgende Faktoren (1) bis (3) wirksam: (1) es wird eine Motor kennlinie definiert, die sich für die Fahrbahnoberflächeninformation eignet, wozu von einem Stellung-Rückkopplungsverfahren unter Einsatz eines Beobachters Ge brauch gemacht wird, (2) es wird ein mechanischer Kupplungsmechanismus ange wendet, um eine Entkupplungsfunktion zwischen dem Motor und der Lenksäulen welle zu erreichen, und (3) es werden Elemente geringer Reibung verwendet. Im Vergleich mit der Kennlinie eines hydraulischen Systems zeigen die Fig. 5 bis 8A, 8B Kennlinien-Beispiele für eine in oben beschriebener Weise ausgestaltete elek trische Servolenkung. Fig. 5 ist ein Beispiel für Messungen der Fahrbahnoberflä chen-Empfindlichkeit, bei der eine Abstimmung erfolgte, wobei eine dicke Linie die Empfindlichkeit (dB) und eine dünne Linie (Grad) bedeutet. Außerdem zeigen die Fig. 6A, 6B sowie 7A, 7B Meßbeispiele für das Lenkmoment bei der hydraulischen und bei der elektrischen Servolenkung beim Fahren auf Kopfsteinpflaster-Stra ße (Belgian block road), wobei die Fluktuation der hydraulischen Servolenkung durch die ermittelte Vibration der Aufhängung verursacht wird. Fig. 6A und 7A zei gen Schwankungen des Lenkmoments in Abhängigkeit der Zeit, Fig. 6B und 7B zeigen Frequenzantworten von 0 bis 60 Hz. Fig. 8A zeigt Meßbeispiele für die Lenkkennlinien (Lenkwinkel gegenüber Lenkmoment) der hydraulischen Servolen kung beim Fahren mit 100 Km/h, Fig. 8B zeigt Beispiele für Messungen der Lenk kennlinie (Lenkwinkel gegenüber Lenkmoment) der elektrischen Servolenkung beim Fahren mit 100 Km/h; die Schwankung des Lenkmoments der hydraulischen Servolenkung wird durch die nachgewiesene Vibration durch Flattern hervorgeru fen.

Als nächstes zeigt Fig. 9 den Mechanismus der erfindungsgemäß verwendeten Rollen-Zahnstangenanordnung, die dazugehörigen Kennlinien sind in Fig. 10 ge zeigt. Es erfolgt ein Vergleich mit einem herkömmlichen Mechanismus. In anderen Worten: eine Ritzelwelle ist koaxial an einer Eingangswelle befestigt, wobei die Ritzelwelle mit einer Zahnstangenwelle derart zusammenwirkt, daß die Zahnstan genwelle mit einer Zapfwelle eines Druckteils innerhalb eines Gehäuses über eine Rolle zusammenwirkt. Die Zapfwelle wird von einem Nadellager gehaltert und ist über einen Reibungsblock mit einer Schraubenfeder gekoppelt. Die in einer Halte rung aufgenommene Schraubenfeder kann eine Druckkraft auf das Druckteil aus üben, und die Halterung wird elastisch von einer Feder gehalten, die in dem Spalt der Innenwand des Gehäuses aufgehängt ist. Darüber hinaus weist eine solche Rollen-Zahnstangenanordnung Merkmale auf, wie sie in der Japanischen Patent anmeldung 10-335218 im einzelnen beschrieben sind.

Bei der erfindungsgemäßen Rollen-Zahnstangenanordnung wird der das Ritzel la gernde Druckteil von der Rolle, dem Reibungsblock, dem Nadellager, der Halte rung etc. gebildet. Deshalb lassen sich sowohl hohe Lagersteifigkeit als auch ge ringer Betriebswiderstand erreichen. Insbesondere im Vergleich mit einer her kömmlichen Gleit-Zahnstangenanordnung, wie sie in Fig. 10 gezeigt ist, ist, wie deutlich aus der Kennliniendarstellung der Fig. 10 hervorgeht, wegen des in dem Druckteil befindlichen Reibungsblocks eine rückwirkende Eingabe in einem Be reich gering, in welchem die Zahnstangen-Beschleunigungskraft gering ist, dem zufolge Information über die Fahrbahndecke innerhalb eines Feinlenkwinkelbe reichs verbessert, was beim Fahren mit hohen Geschwindigkeiten von Bedeutung ist. Bei einem herkömmlichen Mechanismus (ohne Reibungsblock) gemäß Fig. 11 wird, da sich in dem Druckteil kein Reibungsblock oder dergleichen befindet, die Rückwirkung in dem Bereich geringer Zahnstangen-Beschleunigungskraft groß.

Die folgende Beschreibung bezieht sich auf den Gummidämpfer eines Motor-Un tersetzungsgetriebeteils gemäß der Erfindung.

Wie in Fig. 12 gezeigt ist, ist bei der elektrischen Servolenkung ein Gummidämp fer an einem Keilwellenteil über eine Buchse in einem Schneckengetriebewellen- Lagerteil eines Motor-Untersetzungsgetriebes eingesetzt, um das Klapperge räusch seitens des Getriebes zu verringern. Im elastischen Bereichs des Gummis werden die Hubbewegung des Motors und die Verlagerung der Lenksäulenwelle unabhängig voneinander behandelt, mit dem Ergebnis, daß Information über die Fahrbahnoberfläche auf die Lenkwelle übertragen wird, ohne durch Motor-Rei bung und -Trägheit unterbrochen zu werden.

Ist kein Gummidämpfer vorhanden, so ergibt sich ein Frequenzgang, wie er in Fig. 13 gezeigt ist, während Fig. 14 den Kennlinienverlauf für den Fall zeigt, daß der Gummidämpfer angebracht ist, woraus hervorgeht, daß der Geräuschpegel verrin gert würde.

Als nächstes soll die Verbesserung eines Drehmomentsensors erläutert werden, der in der elektrischen Servolenkung eingesetzt wird.

Das Hystereseverhalten der Nachweiskennlinie des Drehmomentsensors tritt als Verzögerungskennlinie bei Empfang eines geringen Drehmoments in Erschei nung. Deshalb muß eine Reduzierung auf ein Minimum erfolgen. Zu diesem Zweck verwendet die Erfindung einen kontaktfreien Drehmomentsensor mit einer geringen Hysteresebreite, wie dies in Fig. 15 und 16 gezeigt ist. Fig. 15 zeigt die Einbauanordnung des kontaktfreien Drehmomentsensors in einer Lenkwelle, und Fig. 16 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Teil-Schnittdarstellung des Auf baus des Sensorteils. An dem Umfang der Eingangswelle (Sensorwelle), die aus magnetischem Material wie z. B. SUS und Fe besteht, ist ein eine Detektorschal tung bildendes Drosseljoch installiert, und innerhalb des Drosseljochs befinden sich zwei Spulenpaare. Die Hülse besteht aus einem leitenden, nichtmagneti schem Material (z. B. Aluminium), und es sind Öffnungen entlang einer Spulenrei he ringförmiger Gestalt gebildet, wobei sich im Inneren der Eingangswelle ein Tor sionsstab befindet.

Bei dieser Anordnung wird unter Ausnutzung der Leitfähigkeit und der nichtma gnetischen Eigenschaft der Hülse und der magnetischen Eigenschaft der Ein gangswelle das Drehmoment gegenüber der Eingangswelle berührungslos erfaßt. In anderen Worten: der Dichtezustand eines sich periodisch ändernden Magnetfel des wird in Umfangsrichtung im Inneren der Hülse unter Ausnutzung des Oberflä cheneffekts abgebildet, und die spontane Magnetisierung der Eingangswelle wird erhöht oder verringert aufgrund der Phasendifferenz zwischen dem Magnetfeld und der Keilverzahnung der Eingangswelle, so daß die sich daraus ergebende Im pedanzänderung nachgewiesen wird als Spannungsänderung an dem Spulenende mit Hilfe einer durch eine Spule oder dgl. gebildeten Brückenschaltung.

Als nächstes wird die Ausgestaltung eines elektrischen Steuer- oder Regelsy stems erläutert.

Um eine passende Empfindlichkeit für das Erfassen der Fahrbahnoberflächen-In formation zu erreichen, bildet das Ansprechverhalten der Stromsteuerung einen bedeutenden Faktor. Insbesondere das Ansprechverhalten zur Zeit, wenn ein Stromfluß beginnt, wird weitestgehend linear gemacht, um das Lenkverhalten in der Nähe der neutralen Stellung (des neutralen Punkts) zu verbessern. Für die Li nearisierung wird eine Stelle einer herkömmlichen Stromsteuerung unter Verwen dung eines PI-Reglers eine Robustheitssteuerung unter Verwendung eines Norm- Modells verwendet, um eine lineare Stromsteuerung zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird das in Fig. 1 gezeigte Steuersystem verwendet. Zunächst wird ein Mittenansprech-Verbesserungsteil 101 durch einen Phasenkompensation steil 101A, einen Approximations-Differentialteil 101B und einen Verstärkungsein stellteil 101C gemäß Fig. 17 verwendet. Der Phasenkompensationsteil 101A soll einen Frequenzgang aufweisen, wie er in Fig. 18 gezeigt ist, während der Approxi mations-Differentialteil 101B einen Frequenzgang gemäß Fig. 19 haben soll. Eine zusammengesetzte Kennlinie von Phasenkompensation und Approximations-Dif ferenzierung ist in Fig. 20 dargestellt. Außerdem schaltet der Verstärkungseinstell teil 101C eine Verstärkung auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit V und des Lenkmoments T um, wie in Fig. 21 dargestellt ist.

Um ein instabiles Lenkgefühl zu vermeiden, bei dem das Lenkrad plötzlich zurück schnellt, und um die Lenkung zu stabilisieren, wird das Lenkmoment erhöht, wobei die Änderungsgeschwindigkeit des Lenkmoments gesteigert wird, und die Verstär kung reduziert wird, wenn das Lenkmoment kleiner wird. In anderen Worten: die Wechsel- oder Umschaltbedingungen sind: |Lenkmoment| (= A) < etwa 1,37 Nm und |Lenkmoment - Lenkmoment (eine Abtastung zuvor)| (= B) < etwa 1,37 Nm, und Vorzeichen (A) << Vorzeichen (B). Die Verstärkung nach dem Umschalten ist z. B. "46" bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 0 bis 2, "47" bei einer Fahrzeug geschwindigkeit von 4 bis 78 und "41" bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von nicht weniger als 80. Vorzeichen (A) << Vorzeichen (B) bedeutet, daß die Vorzei chen unterschiedlich sind zwischen "A = Lenkmoment" und "B = Lenkmoment - Lenkmoment (eine Abtastung zuvor)".

Erfindungsgemäß werden bei den Berechnungen für den Hilfswert innerhalb des Lenkhilfe-Sollwert-Rechenteils 100 die Hilfskennlinien für die drei typischen Fahr zeuggeschwindigkeiten (0, 30, 254 km/h) als Grundkennlinien eingestellt, und für die anderen Fahrzeuggeschwindigkeiten erfolgt eine Interpolation zwischen den Grundkennlinien für jeweils Stufen von 2 km/h entsprechend der Fahrzeugge schwindigkeits-Interpolationsverstärkung. In der Hilfskennlinie ist der Fahrzeugge schwindigkeits-Einstellbereich auf 0 bis 254 km/h eingestellt, wobei die Auflösung auf 2 km/h eingestellt ist. Fig. 22 zeigt die Grund-Hilfskennlinie (Strom in Abhän gigkeit des Drehmoments), die die Einzelkennlinien für 0 km/h = 1₀; für 30 km/h = 1a und 254 km/h = 1b enthält. Für die Interpolationsberechnungen anderer Fahr zeuggeschwindigkeiten werden Rechnungen für jeweils 2 km/h betragende Stufen unter Verwendung eines Zwischengeschwindigkeits-Interpolationskoeffizienten γ berechnet, wobei Fig. 23 diesen Koeffizienten y zeigt. Liegt die Fahrzeugge schwindigkeit im Bereich von 0 bis 30 km/h, so wird der Hilfsstrom I dargestellt durch: I = 1a(T) + γ(V) (1o(T)-1a(T)), liegt die Fahrzeuggeschwindigkeit im Be reich zwischen 32 und 254 km/h, so wird der Hilfsstrom I dargestellt in der Form I = 1b(T) + γ(V)(1a(T)-1b(T)).

Außerdem kann erfindungsgemäß bei Versuchen, das mechanische System der elektrischen Servolenkung zu stabilisieren, die Schwingung des Untersetzungsge triebeteils unter Verwendung eines Gummidämpfers zu stabilisieren, und um das Gespür für die Lenkung einzustellen, der Drehmomentsteuer-Rechenteil 103 die Lenkmoment-Antwort einstellen. Diese Anordnung ist in Fig. 24 dargestellt. Ein Antwort-Definierteil 103B schließt sich an die Klemmschaltung 103A an, und da nach folgt ein Robust-Stabilisations-Kompensationsteil 103D unter Zwischenschal tung einer Klemmschaltung 103C. An den Kompensationsteil 103D ist über eine Klemmschaltung 103E ein Phasenkompensationsteil 103F angeschlossen, und daran wiederum ist über eine Klemmschaltung 1036 ein Robust-Stabilisations-Kompensationsteil 103H angeschlossen.

Die Kennlinie des Robust-Stabilisations-Kompensationsteils 103H ist in Fig. 25 ge zeigt, die Kennlinie des gesamten Regelsystems wird in der in Fig. 26 dargestell ten Weise eingestellt. Wie aus Fig. 26 entnehmbar ist, besitzt die Verstärkungs kurve der Kennlinie des gesamten Regelsystems zumindest teilweise einen Gradi enten, der 10 dB/Dekade übersteigt. Da die Kennlinie des mechanischen Systems in der in Fig. 27 dargestellten Weise eingestellt ist, werden obere Spitzenbereiche und untere Bereiche insgesamt beseitigt, so daß eine praktisch flache Kennlinie erhalten wird.

1. Erstes Beispiel

Eine Linie "a" in Fig. 28, die der Kennlinie der Lenkhilfe-Sollwert-Berechnungsein heit 100 entspricht, ist eine Kurve, welche die Beziehung zwischen einem Lenkmo ment T und dem entsprechenden gewünschten Hilfsbefehlswert I entspricht. Meh rere Punkte (z. B. vier Punkte (b1, b2, b3, b4)) werden aus einer gewünschten Kennlinie "a" entnommen, und es erfolgt eine numerische Operation durch Inter polieren der Lücken zwischen den vier Punkten b1, b2, b3 und b4 mit Funktionen, für die zumindest die ersten Ableitungen stetig sind (z. B. eine Spline-Funktion und eine Spline-Funktion zweiter Ordnung), so daß der gewünschte Hilfsbefehlswert I entsprechend dem Lenkmoment T erhalten wird. Die Spline-Funktion ist eine Funktion, bei der mehrere Kurvenabschnitte, die in den jeweiligen kleinen Ab schnitten definiert sind, möglichst glatt miteinander verbunden werden. In diesem Fall ist es nicht notwendig, daß die Bedingung erfüllt ist, wonach ein einzelnes Po lynom in sämtlichen Abschnitten vorgesehen ist. Eine Spline-Funktion m-ter Ord nung ist eine Funktion, in der eine Differenzierung ihrer m-Stufen eine Stufenfunk tion bildet und Ableitungen von nicht mehr als (m-1) Stufen stetig sind.

Basierend auf den Datenpunkten (b1, b2, b3, b4) = (x1, y1) (x2, y2) (x3, y3) (x4, y4), die aus der in Fig. 28 gezeigten Kennlinie "a" entnommen sind, wird die Bezie hung zwischen dem Lenkmoment T, welches z. B. von der Spline-Funktion zweiter Ordnung interpoliert wurde (die erste Ableitung wird an dem linken Endpunkt auf "0" gesetzt), und dem Lenkhilfe-Sollwert I gemäß folgenden Gleichungen (1) dar gestellt, die drei quadratische Gleichungen (I1, I2, I3) enthalten, welche die Lücken zwischen den Datenpunkten interpolieren.

I1 = y1 + a1X(x-x1) + b1X(x-x1)²

I2 = y2 + a2X(x-x2) + b2X(x-x2)²

I3 = y3 + a3X(x-x3) + b3X(x-x3)² (1)

Die Koeffizienten a1, a2, a3, b1, b2, b3 der Gleichungen (1) werden durch folgen de Gleichungen (2) dargestellt:

a1 = 0

b1 = (y2-y1-y1-a1X(x2-x1))/(x2-x1)²

a2 = a1 +2Xb1X(x2-x1)

b2 = (y3-y2-a2X(x3-x2))/(x3-2)²

a3 = a2 + 2Xb2X(x3-x2)

b3 = (y4-y3-a3X(x4-x3))/(x4-x3)² (2)

Entsprechend dem erfaßten Lenkmoment T wird die Näherungsgleichung entspre chend dem betreffenden Abschnitt ausgewählt, und basierend auf der ausgewähl ten Näherungsgleichung wird der Lenkhilfe-Sollwert I entsprechend dem erfaßten Lenkmoment T berechnet, so daß die Berechnung des Lenkhilfe-Sollwerts I mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt wird.

Die ersten Ableitungen der quadratischen Gleichungen I1, I2, I3 in den obigen Gleichungen (1) entsprechend den folgenden Gleichungen (3).

I1' = a1 = a1 + 2Xb1X(x-x1)

I2' = a2 + 2Xb2X(x-x2)

I3' = a3 + 2Xb3X(x-x3) (3)

Im vorliegenden Fall sind die ersten Ableitungen auch an dem Verbindungs punkt (b2, b3) = (x2, y2) (x3, y3) stetig.

Für (x2, y2) gilt folgende Gleichung:

I1' = a1 + 2Xb1X(x2-x1), I2 = a2,

Für (x3, y3) gilt folgende Gleichung:

I2' = a2 + 2Xb2X(x3-x2), I3 = a3 (4)

Anders ausgedrückt: Es ist nicht nur der Lenkhilfe-Sollwert I entsprechend dem detektierten Wert des Drehmoments T stetig, sondern auch zumindest die Ände rungsgeschwindigkeit (die erste Ableitung) ist stetig. Im Vergleich zu dem her kömmlichen Verfahren, bei dem mehrere quadratische oder höhere Funktionen einfach aneinander gefügt werden, ist es hier also möglich, eine Regelvorrichtung für eine Servolenkung zu schaffen, die ein in hohem Maße besseres und glatteres Gefühl beim Lenken vermittelt.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird z. B. eine quadratische Spline-Funktion als Funktion zum Interpolieren von Punkten verwendet, die aus einer angestrebten Kennlinie entnommen sind. Allerdings lassen sich die gleichen Effekte auch sonst erzielen, solange zumindest die ersten Ableitungen von Funktionen stetig sind, so daß z. B. eine kubische Spline-Funktion und ein Lagrangesches Polynom verwen det werden können.

Im Fall der Verwendung der Lagrange-Formel führen n-Datenpunkte zu einem Po lynom (n-1)-ter Ordnung. Dies führt zu Problemen wie z. B. der Zunahme der Ope rationskosten und einer Zunahme von Quantisierungsfehlern für den Fall, daß mit einer Recheneinrichtung mit festem Dezimalpunkt gearbeitet wird. Aus diesem Grund ist es zu bevorzugen, eine Spline-Funktion zu verwenden, die eine glatte, gute Annäherung liefert, auch wenn Polynome vergleichsweise niedriger Ordnung verwendet werden. Um außerdem die Operationszeit zu verkürzen und Speicher platz einzusparen, wird bevorzugt eine quadratische Spline-Funktion benutzt.

2. Zweites Beispiel

Im folgenden soll der Fall erläutert werden, daß Datenpunkte (b1, b2, b2, b4) = (x1, y1), (x2, y2) (x3, y3) (x4, y4) aus der Kennlinie "a" entnommen werden, die ei nen angestrebten Hilfsbefehlswert I entsprechend dem Lenkmoment T in Fig. 28 angibt, wobei die Punkte gemäß folgenden Gleichungen (5) dargestellt werden:

b1 = (x1, y1) = (1, 0)

b2 = (x2, y2) = (2, 5)

b3 = (x3, y3) = (4, 30)

b4 = (x4, y4) = (5, 70) (5)

Bei dem herkömmlichen System (japanische Patentanmeldungs-Offenlegungs schrift 10-59203 A) wird die Lenkhilfe-Sollwert-Berechnungseinrichtung durch eine Operationseinrichtung gebildet, die Operationen auf der Grundlage mehrere Ap proximationsfunktionsausdrücke durchführt, die Approximationen an Funktions ausdrücke höherer Ordnung bilden, die mit mindestens drei Punkten der Lenkhil fe-Sollwerte entsprechend Lenkmomenten übereinstimmen, die durch Funktions ausdrücke hoher Ordnung definiert werden. Nimmt man z. B. an, daß ein quadrati scher Funktionsausdruck, der durch beispielsweise die Punkte b1, b2 und b3 läuft, c1 ist, und daß ein quadratischer Funktionsausdruck, der durch beispielsweise die Punkt b2, b3 und b4 läuft, c2 ist, so werden durch folgende Gleichung (6) die qua dratischen Funktionen c1 und c2 dargestellt:

c1 = 2,5Xx²-2.5Xx

c2 = 9,1667Xx2-42,5Xx + 53,33 (6)

Die quadratischen Funktionen c1 und c2 werden durch die in Fig. 29 dargestellten Kurven repräsentiert. Falls beispielsweise eine Kurve c1 von dem Punkt b1 zum Punkt b3 über den Punkt b2 gelegt wird und eine Kurve c2 vom Punkt b3 zum Punkt b4 verläuft, so wird die Beziehung zwischen dem Lenkmoment T und dem Lenkhilfe-Sollwert I durch eine in der Figur durchgezogen dargestellte Linie reprä sentiert.

In diesem Fall werden die jeweils ersten Ableitungen c1' und c2' der quadratischen Funktion c1 und c2 durch folgende Gleichungen (7), abgeleitet aus den obigen Gleichungen (6), dargestellt:

c1' = 5Xx-2,5

c2' = 18,333Xx-42,5 (7)

Die Kurven der ersten Ableitungen c1' und c2' sind in Fig. 30 dargestellt. Außer dem wird die Kurve c1 vom Punkt b1 zum Punkt b3 gelegt, die Kurve c2 reicht vom Punkt b3 zum Punkt b4. Daher werden diese Kurven selbstverständlich für die Ableitungswerte dargestellt durch eine Kurve c1' vom Punkt b1 zum Punkt b3 und einer Kurve c2' vom Punkt b3 zum Punkt b4.

Wie deutlich aus der Kurve der Fig. 30 entnehmbar ist, sind die Werte der ersten Ableitung entsprechend dem Lenkmoment T des Lenkhilfe-Sollwerts I im Punkt b3 unstetig. Diese Unstetigkeit führt zu abträglichen Einflüssen auf das Lenkgefühl. Bei dem Versuch, das mechanische System der elektrischen Servolenkung zu sta bilisieren, die Vibration des Untersetzungsgetriebeteils mit Hilfe eines Gum midämpfers zu stabilisieren, und das Lenkgefühl einzustellen, wird eine Stufe nach der Lenkhilfe-Sollwert-Berechnungseinheit der Regelvorrichtung ein Steuersystem verwendet, bei dem eine Verstärkungskurve des gesamten Regelsystems mit dem Lenkhilfe-Sollwert als Eingangsgröße zumindest teilweise einen Gradienten be sitzt, der einen vorbestimmten Wert (von z. B. 10 dB/Dekade) übersteigt. Da in die sem Fall jedoch das Regelsystem eine Differential-Charakteristik besitzt, und da die ersten Ableitungen der Funktionen an den Verbindungsbereichen der quadrati schen Funktionen oder Funktionen höherer Ordnung unstetig sind, gelangt die Ausgangsgröße des Regelsystems in einen unstetigen Zustand, was zu einer wei teren Beeinträchtigung des Lenkgefühls führt.

Erfindungsgemäß werden beispielsweise bei der ersten Ausführungsform drei quadratische Kurven d1, d2, d3 zum Interpolieren der Lücken zwischen den Da tenpunkten (b1, b2, b3, b4) aus der Kurve "a", die einen angestrebten Hilfsbefehls wert I entsprechend dem Lenkmoment T nach Fig. 28 repräsentiert, durch folgen de Gleichungen (8) dargestellt:

d1 = 5X(x-1)²

d2 = 5 + 10X(x-2) + 1,25X(x-2)²

d3 = 30 + 15X(x-4) + 25X(x-4)² (8)

Die quadratischen Funktionen d1, d2 und d3 sind in Fig. 31 dargestellt. Anspre chend auf das ermittelte Lenkmoment T wird eine Approximationsgleichung für den entsprechenden Abschnitt ausgewählt, und basierend auf der ausgewählten Approximationsgleichung wird ein Lenkhilfe-Sollwert entsprechend dem ermittelten Lenkmoment berechnet, so daß die Operationen mit hoher Geschwindigkeit und einfach ausgeführt werden können.

In diesem Fall werden die ersten Ableitungen d1', d2', d3' der quadratischen Funk tionen d1, d2 und d3 durch folgende Gleichungen (9) dargestellt, die sich aus den obigen Gleichungen (8) ergeben:

d1' = 10X(x-1)

d2' = 10 + 2,5X(x-2)

d3' = 15 + 50X(x-4) (9)

Die Kurven der ersten Ableitungen d1', d2' und d3' sind in Fig. 32 dargestellt. Na türlich sind die Ableitungen an den Verbindungspunkten (b2, b3) = (x = 2, x = 4) stetig. In anderen Worten: Nicht nur der Lenkhilfe-Sollwert I entsprechend dem er mittelten Wert des Lenkmoments T ist stetig, sondern auch zumindest die Ände rungsgeschwindigkeit (die erste Ableitung) ist stetig. Im Vergleich zu dem her kömmlichen Verfahren, bei dem mehrere quadratische Funktionen oder Funktio nen höherer Ordnung einfach aneinander gefügt werden, ist es hier möglich, eine Regeleinrichtung für eine Servolenkung zu schaffen, die ein wesentlich besseres, erstrebenswerteres und glatteres Gefühl beim Lenken vermittelt.

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Lenkhilfe-Sollwert-Berechnungsein heit in einer Regelvorrichtung einer elektrischen Servolenkung, wobei bezüglich anderer Elemente als diese Lenkhilfe-Sollwert-Berechnungseinheit die Anmelderin der vorliegenden Erfindung bereits Vorrichtungen vorgeschlagen hat (vergleiche japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift 10-59203 A), so daß eine dies bezügliche detaillierte Beschreibung entfallen kann.

Wie oben ausgeführt, wird in der erfindungsgemäßen Regel- oder Steuervorrich tung für die elektrische Servolenkung ein Lenkhilfe-Sollwert oder -Befehlswert ent sprechend dem jeweiligen Lenkmoment von einer Operationseinrichtung generiert, indem Approximationen an Funktionen vorgenommen werden, von denen zumin dest die jeweils erste Ableitung stetig ist (um dadurch eine lineare Kontinuität zu gewährleisten), so daß basierend auf den Approximationsfunktionen die Operati onseinrichtung Operationen durchführt, um einen dem ermittelten Lenkmoment entsprechenden Lenkhilfe-Sollwert bereitzustellen. Vorzugsweise sind die Approxi mationsfunktionen mindestens quadratische Spline-Funktionen, vorzugsweise quadratische Spline-Funktionen selbst. Aus diesem Grund ist es anders als bei dem Fall, daß der Lenkhilfe-Sollwert entsprechend dem ermittelten Lenkmoment wert abgespeichert wird, nicht notwendig, umfangreichen Speicherplatz zur Verfü gung zu stellen, und im Gegensatz zu dem Fall, daß Lenkhilfe-Sollwert entspre chend ermittelten Lenkmomentwerten einfach durch Polynome aneinander gereiht werden, möglich, einen passenden Lenkhilfe-Sollwert entsprechend dem ermittel ten Lenkmoment zu erhalten, ohne daß dabei eine Beeinträchtigung des Lenkge fühls durch Unstetigkeit der ersten Ableitungen erfolgt. Es ist also möglich, eine elektrische Servolenkung zu schaffen, die dem Fahrer ein übergangsloses Lenk gefühl vermittelt.

Claims

1. Steuereinrichtung für eine elektrische Servolenkung, die einen Motor basie rend auf einem Lenkhilfe-Sollwert (I) steuert, der in einem Lenkhilfe-Sollwert- Berechnungsteil (100) basierend auf einem in einer Lenkwelle erzeugten Lenkmoment (T) und einem aus einem Motorstrom ermittelten Stromsteuer wert berechnet wird, um an einen Lenkmechanismus eine Lenkhilfskraft zu geben, und die eine Verstärkungskurve der Kennlinie des gesamten Steuer systems mit dem Lenkhilfe-Sollwert als Eingangsgröße hat, die zumindest teilweise einen einen vorbestimmten Wert übersteigenden Gradienten auf weist, wobei die Lenkhilfe-Sollwert-Berechnungseinheit sich zusammensetzt aus einem Approximationsfunktionsausdruck, in welchem zumindest die er sten Ableitungen stetig sind, und der Lenkhilfe-Sollwert ermittelt wird durch Berechnungen, die auf diesen Approximationsfunktionsausdrücken beruhen.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, bei der der vorbestimmte Wert auf 10 dB/Dekade eingestellt ist.

3. Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Approximationsfunkti onsausdruck eine Spline-Funktion ist.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, bei der die Spline-Funktion eine quadra tische Spline-Funktion ist.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, bei der die Spline-Funktion eine kubi sche Spline-Funktion ist.

6. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, bei der der Approximationsfunktions ausdruck ein Polynom entsprechend der Lagrange-Formel ist.