DE10146975B4

DE10146975B4 - Steuereinrichtung für elektrische Servolenkung

Info

Publication number: DE10146975B4
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: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2021-09-25
Also published as: US20020056587A1; JP2002096752A; US6681165B2; DE10146975A1; JP3899797B2

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 ermittelt wird durch Berechnungen, die auf diesen Approximationsfunktionsausdrücken beruhen.

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 Lenkverhalten führt.
Bei einer elektrischen Servolenkung für ein Kraftfahrzeug werden ein Lenkmoment und eine Fahrzeuggeschwindigkeit beim Betätigen einer Lenkwelle über ein Lenkrad erfaßt, und auf der Grundlage dieser Signale wird ein Lenkhilfe-Sollwert derart berechnet, daß basierend auf diesem berechneten Lenkhilfe-Sollwert ein Elektromotor zur Unterstützung der Lenkkraft am Lenkrad angetrieben wird. Um den Lenkhilfe-Sollwert zu berechnen und den Motor auf der Grundlage dieses Lenkhilfe-Sollwerts zu steuern, wird eine elektronische Steuerschaltung mit einem Mikrocomputer verwendet.
Bei dem Lenkmoment gibt es eine Komponente entsprechend der Fahrbahndecken-Last, die ansprechend auf den Betrieb des Lenkrads erzeugt wird, außerdem eine Komponente entsprechend einer Reibungskraft, die im Lenkmechanismus erzeugt wird. Aus diesem Grund wurde ein System vorgeschlagen, bei dem ein der Fahrbahndecken-Last entsprechender Steuerwert basierend auf dem erfaßten Lenkmoment und ein der Reibungskraft des Lenkmechanismus entsprechender Steuerwert addiert werden, um hierdurch einen Lenkhilfesollwert zu erhalten.
Bei der oben beschriebenen Steuereinrichtung werden Steuerwerte entsprechend der Fahrbahndecken-Last einhergehend mit Lenkmomenten und außerdem Reibungskraft-Steuerwerte in Verbindung mit den Lenkmomenten vorab jeweils be stimmt und in einem Speicher abgespeichert. Abhängig von einem dann aktuell ermittelten Lenkmoment werden die dazugehörigen Daten aus dem Speicher gelesen, so daß der Lenkhilfe-Sollwert berechnet wird (vergleiche JP 61-218 437 A).

Bei einer solchen herkömmlichen Steuereinrichtung zum Berechnen des Lenkhilfe-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-Sollwert für ein derartiges Lenkmoment dann nur noch in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit 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 Lenkmoments schrittweise oder stufenweise einstellt, kann man Speicherkapazität reduzieren. 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 Beeinträchtigung des Gefühls beim Lenken seitens des Fahrers führt.

Um die obigen Probleme zu lösen, kann der Lenkhilfe-Sollwert sehr fein in Abhängigkeit von Fahrzeuggeschwindigkeit und Lenkmoment eingestellt werden. Allerdings bedingt dieses Verfahren eine starke Erhöhung der erforderlichen Speicherkapazität mit entsprechend hohen Kosten.

Um diese Probleme zu lösen, wurde von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen (JP 8-150954A), bei dem bezüglich typischer Fahrzeuggeschwindigkeiten Lenkhilfe-Sollwerte entsprechend jeweiligen Lenkmomenten in einem Speicher ab gespeichert werden, um dann, wenn sich die jeweils ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen zwei typischen, in dem Speicher abgespeicherten Fahrzeuggeschwindigkeiten befindet, diejenigen Lenkhilfe-Sollwerte aus der Speichereinrichtung auszulesen, die den Lenkmomenten bezüglich der typischen Fahrzeuggeschwindigkeiten gerade unterhalb und gerade oberhalb der ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechen, um basierend auf den Differenzen bezüglich der detektierten Fahrzeuggeschwindigkeit und unter Berücksichtigung von Fahrzeuggeschwindigkeits-Korrekturkoeffizienten einen Lenkhilfe-Sollwert zu errechnen, der der ermittelten aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Lenkmoment entspricht.

Aber selbst bei dem obigen Verfahren, bei dem bezüglich typischer Fahrzeuggeschwindigkeiten 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 Problem ersichtlich, das nämlich darin besteht, daß die zeitraubenden Aufgaben abzuarbeiten sind, um die in dem Speicher abgespeicherten Daten zu ändern. Ein weiteres Problem besteht darin, daß dann, wenn der Lenkhilfe-Sollwert entsprechend dem jeweiligen Lenkmoment berechnet wird, wenn z.B. die Berechnung unter Verwendung einer endlichen Wortlänge von beispielsweise 8 Bits erfolgt, die niedrigwertigeren Ziffern (8 Bits) der jeweiligen Rechenergebnisse (die 16 Bits betragen 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 vorgeschlagen (JP 10-59203A), bei dem eine 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 Verbindungsabschnitten 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 Untersetzungsgetriebeabschnitt mit Hilfe eines Gummidämpfers zu stabilisieren und das Steuergefühl einzujustieren, in einer Stufe hinter der Lenkhilfe-Sollwert-Operationseinheit der Steuereinrichtung ein Steuersystem verwendet, bei dem eine charakteristische Verstärkungskurve des gesamten Steuersystems mit dem Lenkhilfe-Sollwert als Eingangsgröße zumindest teilweise einen Gradienten aufweist, der einen 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 Funktionen an den Verbindungsstellen der quadratischen oder höheren Funktionen unstetig ist, wird das Ausgangssignal des Steuersystems diskontinuierlich, was zu einer weiteren Verschlechterung des Lenkverhaltens führt.

Offenbarung der Erfindung

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

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

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den begleitenden Zeichnungen zeigen:
1 ein Blockdiagramm, das den Aufbau gemäß der Erfindung veranschaulicht;
2 ein Blockdiagramm, das eine Übertragungsfunktion einer Steuereinheit veranschaulicht;
3 ein vereinfachtes Blockdiagramm der 2;
4 den Frequenzgang eines Motors;
5 eines Abstimm-Beispiels für eine Übertragungskennlinie der Übertragung von einer Straßeneingabe zu einem Lenkmoment;
6A und 6B (Hydraulik-) Meßbeispiele für ein Lenkmoment, daß man beim Fahren auf einer Kopfsteinpflasterstraße;
7A und 7B Darstellungen eines Meßbeispiels (elektrisch) beim Fahren auf einer Kopfsteinpflasterstraße;
8A und 8B jeweils ein Beispiel einer Lenk-Kennlinie beim Fahren mit 100 Km/h;
9 eine Schnittdarstellung einer Ritzel-Zahnstangen-Anordnung, wie sie erfindungsgemäß verwendet wird;
10 ein charakteristisches Beispiel für die Mechanismen nach den 7A und 7B im Vergleich zu einer herkömmlichen Einrichtung;
11 eine Schnittdarstellung eines Bauteils einer herkömmlichen Ritzel- und Zahnstangenanordnung;
12 eine Darstellung eines Schneckenachsen-Lagerteils eines Motor-Untersetzungsgetriebes;
13 eine Kennlinie für den Fall, daß an dem Schneckenachsen-Lagerteil kein Gummi befestigt ist;
14 eine Kennlinie für den Fall, daß an dem Schneckenachsen-Lagerteil Gummi angebracht ist;
15 eine Schnittdarstellung eines Drehmomentsensors, wie er erfindungsgemäß verwendet wird;
16 eine perspektivische Ansicht eines Drehmomentsensors gemäß der Erfindung;
17 ein Blockdiagramm eines Mittenansprech-Verbesserungsteils;
18 eine Kennlinie für einen Phasenkompensationsteil;
19 eine Kennlinie für einen Approximations-Differentialteil;
20 eine Darstellung der synthetischen Kennlinie für den Phasenkompensationsteil und den Approximations-Differentialteil;
21 eine tabellarische Übersicht überein Einstellbeispiel für eine Verstärkung bei einer gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit und gegebenen Lenkmoment;
22 eine Grund-Hilfskennlinie;
23 ein Beispiel für eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Interpolation;
24 ein Blockdiagramm eines baulichen Beispiels für eine Drehmoment-Steueroperation;
25 eine Kennlinie für eine Robustheits-Stabilisierkompensation;
26 eine Zeichnung eines charakteristischen Beispiels eines Steuersystems;
27 ein charakteristisches Beispiel für ein mechanisches System;
28 eine Kennlinie, die die vorliegende Erfindung verdeutlicht;
29 eine Kennlinie, die zur Erläuterung der Erfindung dient;
30 eine Kennlinie, die zur Erläuterung der Erfindung dient;
31 eine Kennlinie, die zur Erläuterung der Erfindung dient; und
32 eine Kennlinie, die zur Erläuterung der Erfindung dien.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die erfindungsgemäße Regel- oder Steuereinrichtung für eine elektrische Servolenkung 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 Lenkhilfe-Sollwerts basierend auf dem erfaßten Lenkmoment, und einer Motorstrom-Steuereinrichtung zum Steuern eines Motorstroms auf der Grundlage des so berechneten Lenkhilfe-Sollwerts. Damit liefert die Steuereinrichtung eine Lenkhilfskraft nach Maßgabe des Lenkmoments an den Lenkmechanismus. Bei dieser Ausgestaltung wird die Lenkhilfe-Sollwert-Berechnungseinrichtung durch eine Recheneinrichtung gebildet, die eine Approximation an eine Funktion vollzieht, wobei mindestens einmal abgeleitete Funktionen stetig sind, und basierend auf dem Approximations-Funktionsausdruck berechnet die Berechnungseinrichtung den Lenkhilfe-Sollwert entsprechend dem ermittelten Wert des Drehmoments. Vorzugsweise 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 entsprechende Lenkhilfe-Sollwert stetig, sondern außerdem ist zumindest die Änderungsgeschwindigkeit 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 einfach hintereinander gereiht werden (vergl. JP 10-59203A), wird es möglich, eine Steuereinrichtung für eine Servolenkung zu schaffen, mit der ein überlegenes, glatteres und ruckfreieres Lenkgefühl vermittelt wird.

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

1 ist ein Blockdiagramm, das den Gesamtaufbau einer Steuereinrichtung gemäß 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-Berechnungsteil 103 eingegeben. Dessen Ausgangssignal wird auf einen Motorverlust strom-Kompensationsteil 104 gegeben, dessen Ausgangssignal über einen Addierer 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 N-Brücken-Kennlinienkompensationsteil 111 auf eine Stromtreiberschaltung 112 gegeben, wodurch ein Motor 113 angesteuert wird.

Ein Motorstrom i des Motors 113 wird auf einen Motor-Winkelgeschwindigkeits-Abschätzteil 121 gegeben, einen Treiberstrom-Umschaltteil 122 und einen Stromsteuerteil 110 gegeben, und zwar jeweils über einen Motorstromversatz-Korrekturteil 120, und eine Motor-Klemmenspannung Vm wird in den Motor-Winkelgeschwindigkeits-Abschätzteil 121 eingegeben. Eine Winkelgeschwindigkeit ω, die von diesem Abschätzteil 121 abgeschätzt wird, wird in einen Motor-Winkelbeschleunigungs-Abschätz-/Trägheitskompensationsteil 123, einen Motorverlustmoment-Kompensationsteil 124 und einen Gierraten-Abschätzteil 125 eingegeben, wobei das Ausgangssignal des Gierraten-Abschätzteils 125 auf einen Konvergenzsteuerteil 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 Addierer 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 Abweichungen zu drehen, abbremsen, um die Konvergenzeigenschaft des Gierens des Fahrzeugs zu verbessern.

Außerdem gibt es einen Stromdithersignal-Erzeugungsteil 130 zum Erzeugen eines 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-Winkelbeschleunigungs-Abschätz-/Trägheitskompensationsteils 123 werden von einem Addierer 131 addiert, das Additionsergebnis wird auf einen Addierer 105 ge geben. Dann wird das Additionsergebnis des Addierers 105 auf den Maximalstrom-Begrenzungsteil 106 gegeben.

Die elektrische Servolenkung läßt sich basierend auf dem Frequenzbereich ausbilden, so daß sich das Problem von Verlusten dadurch lösen läßt, daß man komplementäre Empfindlichkeitsfunktionen gemäß 2 im Frequenzbereich löst (vgl. z.B. JP 2001-334948A). In anderen Worten: in einer hochentwickelten Lenkanlage werden unnötige Störungen unterdrückt, während unvermeidliche Störungen auf das Lenkrad übertragen werden können. In 2 bezeichnet "Th" das Lenkmoment "V" die Fahrzeuggeschwindigkeit, θ den Lenkwinkel 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 gleichzeitig zu erfüllen. Im Gegensatz dazu ermöglicht die vorliegende elektrische Servolenkung, die Übertragungskennlinie für die Übertragung von der Fahrbahnoberfläche auf das Lenkrad zu definieren, und deshalb ist es auch möglich, das Problem der Verluste im Frequenzbereich zu lösen. Genauer gesagt: Hinsichtlich der komplementären Empfindlichkeitsfunktion des Steuersystems wird innerhalb eines Bandes, in welchem sich zu unterdrückende Störungen befinden, die komplementäre Empfindlichkeitsfunktion T(s) in der Nähe von "1" eingestellt, wo hingegen in einem Band, in welchem sich zu übertragende Störungen befinden, die komplementäre Empfindlichkeitsfunktion T(s) auf einen Wert in der Nähe von "0" eingestellt wird.

Bei der komplementären Empfindlichkeitsfunktion wird, bis das Fahrzeug dazu kommt, ein SAT (Selbstausrichtungsmoment) hervorzurufen, die Übertragungskennlinie auf der Annahme beruhend berechnet, daß eine einfache Feder (Federkonstante: Kv) vorgesehen ist, so daß die konstante Verstärkung die Form "K/Kv/a²" hat. Außerdem liegt in einem Band, in dem sich zu unterdrückende Störungen befinden, die komplementäre Empfindlichkeitsfunktion in der Nähe von "1".

Beim Definieren der komplementären Empfindlichkeitsfunktion wird also 2 folgendermaßen interpretiert: 2 wird als Steuersystem zum Steuern des Versatzes des Torsionsstabs betrachtet, und das Reduzieren des Versatzes des Torsionsstabs ist äquivalent mit dem Reduzieren des Lenkmoments gemäß 2. Deshalb wird θ_b in Richtung θ_h zurückgekoppelt als Zielwert, so daß man das System als Steuersystem mit einer Regelverstärkung K (Steifigkeit des Torsionsstabs) und einen Regler einer elektrischen Servolenkung betrachten kann. Die konstante Verstärkung des Reglers der elektrischen Servolenkung wird hier repräsentiert durch den Gradienten der Hilfskennlinie, demzufolge die konstante Verstärkung 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 vereinfachtes allgemeines Steuer- oder Regelsystem gemäß 3 geschaffen wird. Die komplementäre Empfindlichkeitsfunktion T(s) wird dargestellt durch die in 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 Fahrzeugs 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 Vewrendung 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 Übertragungskennlinie 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 Verstärkungsdiagramm in 4 zeigt Vergleiche der Übertragungskennlinien von dem Lenkwinkel zu dem Lenkmoment, abgeleitet aus den Motorträgheiten (hohe Trägheit, geringe Trägheit). Die Frequenzantwort des Motors nach 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 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 werden. 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 Drehmomentregelsystems so ausgelegt, daß sie sich in dem Band, in welchem sich zu unterdrückende Störungen befinden, an "1" annähert, und wird außerdem so ausgelegt, daß eine Annäherung an "0" in dem Band erfolgt, in dem sich zu übertragende Störungen befinden. Da die Fahrbahnoberflächen-Information, die von den Reifen stammt, als Betrag übertragen wird, aus dem Reibungskoeffizienten der jeweiligen 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-Gestaltungsverfahren ausreichend gewährleistet wurde, eine Feinabstimmung gemäß dem in Frage kommenden Fahrzeug vorgenommen.

Bei der vorliegenden Erfindung wurden zur passenden Ausgestaltung der komplementären Empfindlichkeitsfunktion eine Dreh-Zahnstangenanordnung, ein Gummidämpfer für einen Motoruntersetzungsmechanismus, ein kontaktfreier Drehmomentsensor und ein Drehmomentregelsystem verbessert. Die folgende Beschreibung diskutiert diese Verfahren nacheinander.

Um zu verhindern, daß der Motor beeinflußt wird von Information über die Fahrbahndecke, sind folgende Faktoren (1) bis (3) wirksam: (1) es wird eine Motorkennlinie definiert, die sich für die Fahrbahnoberflächeninformation eignet, wozu von einem Stellung-Rückkopplungsverfahren unter Einsatz eines Beobachters Gebrauch gemacht wird, (2) es wird ein mechanischer Kupplungsmechanismus angewendet, um eine Entkupplungsfunktion zwischen dem Motor und der Lenksäulenwelle zu erreichen, und (3) es werden Elemente geringer Reibung verwendet. Im Vergleich mit der Kennlinie eines hydraulischen Systems zeigen die 5 bis 8A, 8B Kennlinien-Beispiele für eine in oben beschriebener Weise ausgestaltete elektrische Servolenkung. 5 ist ein Beispiel für Messungen der Fahrbahnoberflächen-Empfindlichkeit, bei der eine Abstimmung erfolgte, wobei eine dicke Linie die Empfindlichkeit (dB) und eine dünne Linie (Grad) bedeutet. Außerdem zeigen die 6A, 6B sowie 7A, 7B Meßbeispiele für das Lenkmoment bei der hydraulischen und bei der elektrischen Servolenkung beim Fahren auf Kopfsteinpflaster-Straße (Belgian block road), wobei die Fluktuation der hydraulischen Servolenkung durch die ermittelte Vibration der Aufhängung verursacht wird. 6A und 7A zeigen Schwankungen des Lenkmoments in Abhängigkeit der Zeit, 6B und 7B zeigen Frequenzantworten von 0 bis 60 Hz. 8A zeigt Meßbeispiele für die Lenkkennlinien (Lenkwinkel gegenüber Lenkmoment) der hydraulischen Servolenkung beim Fahren mit 100 Km/h, 8B zeigt Beispiele für Messungen der Lenkkennlinie (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 hervorgerufen.

Als nächstes zeigt 9 den Mechanismus der erfindungsgemäß verwendeten Rollen-Zahnstangenanordnung, die dazugehörigen Kennlinien sind in 10 gezeigt. 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 Zahnstangenwelle 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 Halterung aufgenommene Schraubenfeder kann eine Druckkraft auf das Druckteil ausüben, 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 Patentanmeldung 10-335218 im einzelnen beschrieben sind.

Bei der erfindungsgemäßen Rollen-Zahnstangenanordnung wird der das Ritzel lagernde Druckteil von der Rolle, dem Reibungsblock, dem Nadellager, der Halterung etc. gebildet. Deshalb lassen sich sowohl hohe Lagersteifigkeit als auch geringer Betriebswiderstand erreichen. Insbesondere im Vergleich mit einer herkömmlichen Gleit-Zahnstangenanordnung, wie sie in 10 gezeigt ist, ist, wie deutlich aus der Kennliniendarstellung der 10 hervorgeht, wegen des in dem Druckteil befindlichen Reibungsblocks eine rückwirkende Eingabe in einem Bereich gering, in welchem die Zahnstangen-Beschleunigungskraft gering ist, demzufolge Information über die Fahrbahndecke innerhalb eines Feinlenkwinkelbereichs verbessert, was beim Fahren mit hohen Geschwindigkeiten von Bedeutung ist. Bei einem herkömmlichen Mechanismus (ohne Reibungsblock) gemäß 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-Untersetzungsgetriebeteils gemäß der Erfindung.

Wie in 12 gezeigt ist, ist bei der elektrischen Servolenkung ein Gummidämpfer an einem Keilwellenteil über eine Buchse in einem Schneckengetriebewellen-Lagerteil eines Motor-Untersetzungsgetriebes eingesetzt, um das Klappergeräusch 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-Reibung und -Trägheit unterbrochen zu werden.

Ist kein Gummidämpfer vorhanden, so ergibt sich ein Frequenzgang, wie er in 13 gezeigt ist, während 14 den Kennlinienverlauf für den Fall zeigt, daß der Gummidämpfer angebracht ist, woraus hervorgeht, daß der Geräuschpegel verringert 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 Erscheinung. Deshalb muß eine Reduzierung auf ein Minimum erfolgen. Zu diesem Zweck verwendet die Erfindung einen kontaktfreien Drehmomentsensor mit einer geringen Hysteresebreite, wie dies in 15 und 16 gezeigt ist. 15 zeigt die Einbauanordnung des kontaktfreien Drehmomentsensors in einer Lenkwelle, und 16 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Teil-Schnittdarstellung des Aufbaus des Sensorteils. An dem Umfang der Eingangswelle (Sensorwelle), die aus magnetischem Material wie z.B. SUS und Fe besteht, ist ein eine Detektorschaltung bildendes Drosseljoch installiert, und innerhalb des Drosseljochs befinden sich zwei Spulenpaare. Die Hülse besteht aus einem leitenden, nichtmagnetischem Material (z.B. Aluminium), und es sind Öffnungen entlang einer Spulenreihe ringförmiger Gestalt gebildet, wobei sich im Inneren der Eingangswelle ein Torsionsstab befindet.

Bei dieser Anordnung wird unter Ausnutzung der Leitfähigkeit und der nicht-magnetischen Eigenschaft der Hülse und der magnetischen Eigenschaft der Eingangswelle das Drehmoment gegenüber der Eingangswelle berührungslos erfaßt. In anderen Worten: der Dichtezustand eines sich periodisch ändernden Magnetfeldes wird in Umfangsrichtung im Inneren der Hülse unter Ausnutzung des Oberflächeneffekts 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 Impedanzänderung 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 Regelsystems erläutert.

Um eine passende Empfindlichkeit für das Erfassen der Fahrbahnoberflächen-Information 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 Linearisierung wird eine Stelle einer herkömmlichen Stromsteuerung unter Verwendung eines Pl-Reglers eine Robustheitssteuerung unter Verwendung eines Norm-Modells verwendet, um eine lineare Stromsteuerung zu erreichen.

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

Um ein instabiles Lenkgefühl zu vermeiden, bei dem das Lenkrad plötzlich zurückschnellt, und um die Lenkung zu stabilisieren, wird das Lenkmoment erhöht, wobei die Änderungsgeschwindigkeit des Lenkmoments gesteigert wird, und die Verstärkung 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 Fahrzeuggeschwindigkeit von 4 bis 78 und "41" bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von nicht weniger als 80. Vorzeichen (A) <> Vorzeichen (B) bedeutet, daß die Vorzeichen 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 Fahrzeuggeschwindigkeiten (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 Fahrzeuggeschwindigkeits-Interpolationsverstärkung. In der Hilfskennlinie ist der Fahrzeuggeschwindigkeits-Einstellbereich auf 0 bis 254 km/h eingestellt, wobei die Auflösung auf 2 km/h eingestellt ist. 22 zeigt die Grund-Hilfskennlinie (Strom in Abhängigkeit des Drehmoments), die die Einzelkennlinien für 0 km/h = 1o; für 30 km/h = 1a und 254 km/h = 1b enthält. Für die Interpolationsberechnungen anderer Fahrzeuggeschwindigkeiten werden Rechnungen für jeweils 2 km/h betragende Stufen unter Verwendung eines Zwischengeschwindigkeits-Interpolationskoeffizienten γ berechnet, wobei 23 diesen Koeffizienten γ zeigt. Liegt die Fahrzeuggeschwindigkeit 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 Bereich 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 Untersetzungsgetriebeteils 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 24 dargestellt. Ein Antwort-Definierteil 103B schließt sich an die Klemmschaltung 103A an, und danach folgt ein Robust-Stabilisations-Kompensationsteil 103D unter Zwischenschaltung einer Klemmschaltung 103C. An den Kompensationsteil 103D ist über eine Klemmschaltung 103E ein Phasenkompensationsteil 103E angeschlossen, und daran wiederum ist über eine Klemmschaltung 103G ein Robust-Stabilisations-Kompensationsteil 103H angeschlossen.

Die Kennlinie des Robust-Stabilisations-Kompensationsteils 103H ist in 25 gezeigt, die Kennlinie des gesamten Regelsystems wird in der in 26 dargestellten Weise eingestellt. Wie aus 26 entnehmbar ist, besitzt die Verstärkungskurve der Kennlinie des gesamten Regelsystems zumindest teilweise einen Gradienten, der 10dB/Dekade übersteigt. Da die Kennlinie des mechanischen Systems in der in 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 28, die der Kennlinie der Lenkhilfe-Sollwert-Berechnungseinheit 100 entspricht, ist eine Kurve, welche die Beziehung zwischen einem Lenkmoment T und dem entsprechenden gewünschten Hilfsbefehlswert I entspricht. Mehrere Punkte (z.B. vier Punkte (b1, b2, b3, b4)) werden aus einer gewünschten Kennlinie „a" entnommen, und es erfolgt eine numerische Operation durch Interpolieren 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 Abschnitten definiert sind, möglichst glatt miteinander verbunden werden. In diesem Fall ist es nicht notwendig, daß die Bedingung erfüllt ist, wonach ein einzelnes Polynom in sämtlichen Abschnitten vorgesehen ist. Eine Spline-Funktion m-ter Ordnung ist eine Funktion, in der eine Differenzierung ihrer m-Stufen eine Stufenfunktion 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 28 gezeigten Kennlinie „a" entnommen sind, wird die Beziehung 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 folgende Gleichungen (2) dargestellt: a1 = 0 b1 = (y2 – y1 – a1X(x2 – x1))/(x2 – x1)2 a2 = a1 + 2Xb1X(x2 - x1) b2 = (y3 – y2 – a2X(x3 – x2))/(x3 – x2)2 a3 = a2 + 2Xb2X(x3 – x2) b3 = (y4 – y3 – a3X(x4 – x3))/(x4 – x3)2 (2)

Entsprechend dem erfaßten Lenkmoment T wird die Näherungsgleichung entsprechend dem betreffenden Abschnitt ausgewählt, und basierend auf der ausgewählten 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 (I) entsprechend den folgenden Gleichungen (3). I1' = 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 Verbindungspunkt (b2, b3) = (x2, y2)(x3, y3) stetig.

Für (x2, y2) gilt folgende Gleichung: I1' = a1 + 2Xb1X(x2 – x1), I2 = a2, (4)

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 Änderungsgeschwindigkeit (die erste Ableitung) ist stetig. Im Vergleich zu dem herkömmlichen 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 verwendet werden können.

Im Fall der Verwendung der Lagrange-Formel führen n-Datenpunkte zu einem Polynom (n-1)-ter Ordnung. Dies führt zu Problemen wie z.B. der Zunahme der Operationskosten 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 Speicherplatz 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 einen angestrebten Hilfsbefehlswert I entsprechend dem Lenkmoment T in 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-Offenlegungsschrift 10-59203A) wird die Lenkhilfe-Sollwert-Berechnungseinrichtung durch eine Operationseinrichtung gebildet, die Operationen auf der Grundlage mehrere Approximationsfunktionsausdrücke durchführt, die Approximationen an Funktionsausdrücke höherer Ordnung bilden, die mit mindestens drei Punkten der Lenkhilfe-Sollwerte entsprechend Lenkmomenten übereinstimmen, die durch Funktionsausdrücke hoher Ordnung definiert werden. Nimmt man z.B. an, daß ein quadratischer 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 quadratischen 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 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 Fig. durchgezogen dargestellte Linie repräsentiert.

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 30 dargestellt. Außerdem 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 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 stabilisieren, die Vibration des Untersetzungsgetriebeteils mit Hilfe eines Gummidämpfers 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 besitzt, der einen vorbestimmten Wert (von z.B. 10 dB/Dekade) übersteigt. Da in diesem Fall jedoch das Regelsystem eine Differential-Charakteristik besitzt, und da die ersten Ableitungen der Funktionen an den Verbindungsbereichen der quadratischen Funktionen oder Funktionen höherer Ordnung unstetig sind, gelangt die Ausgangsgröße des Regelsystems in einen unstetigen Zustand, was zu einer weiteren Beeinträchtigung des Lenkgefühls führt.

Erfindungsgemäß werden beispielsweise bei der ersten Ausführungsform drei quadratische Kurven d1, d2, d3 zum Interpolieren der Lücken zwischen den Datenpunkten (b1, b2, b3, b4) aus der Kurve „a", die einen angestrebten Hilfsbefehls wert I entsprechend dem Lenkmoment T nach 28 repräsentiert, durch folgende 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 31 dargestellt. Ansprechend 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 Funktionen 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 32 dargestellt. Natürlich sind die Ableitungen an den Verbindungspunkten (b2, b3) = (x = 2, x = 4) stetig. In anderen Worten: Nicht nur der Lenkhilfe-Sollwert I entsprechend dem ermittelten Wert des Lenkmoments T ist stetig, sondern auch zumindest die Änderungsgeschwindigkeit (die erste Ableitung) ist stetig. Im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren, bei dem mehrere quadratische Funktionen oder Funktionen 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-Berechnungseinheit 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 JP 10-59203 A), so daß eine diesbezügliche detaillierte Beschreibung entfallen kann.

Wie oben ausgeführt, wird in der erfindungsgemäßen Regel- oder Steuervarrichtung für die elektrische Servolenkung ein Lenkhilfe-Sollwert oder -Befehlswert entsprechend dem jeweiligen Lenkmoment von einer Operationseinrichtung generiert, indem Approximationen an Funktionen vorgenommen werden, von denen zumindest die jeweils erste Ableitung stetig ist (um dadurch eine lineare Kontinuität zu gewährleisten), so daß basierend auf den Approximationsfunktionen die Operationseinrichtung Operationen durchführt, um einen dem ermittelten Lenkmoment entsprechenden Lenkhilfe-Sollwert bereitzustellen. Vorzugsweise sind die Approximationsfunktionen 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 ermitelten Lenkmömentwert abgespeichert wird, nicht notwendig, umfangreichen Speicherplatz zur Verfügung zu stellen, und im Gegensatz zu dem Fall, daß Lenkhilfe-Sollwert entsprechend ermittelten Lenkmomentwerten einfach durch Polynome aneinander gereiht werden, möglich, einen passenden Lenkhilfe-Sollwert entsprechend dem ermittelten Lenkmoment zu erhalten, ohne daß dabei eine Beeinträchtigung des Lenkgefühls durch Unstetigkeit der ersten Ableitungen erfolgt. Es ist also möglich, eine elektrische Servolenkung zu schaffen, die dem Fahrer ein übergangsloses Lenkgefühl vermittelt.

Claims

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 ermittelt wird durch Berechnungen, die auf diesen Approximationsfunktionsausdrücken beruhen.
Steuereinrichtung nach Anspruch 1, bei der der vorbestimmte Wert auf 10 dB/Dekade eingestellt ist.
Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Approximationsfunktionsausdruck eine Spline-Funktion ist.
Steuereinrichtung nach Anspruch 3, bei der die Spline-Funktion eine quadratische Spline-Funktion ist.
Steuereinrichtung nach Anspruch 3, bei der die Spline-Funktion eine kubische Spline-Funktion ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3, bei der der Approximationsfunktionsausdruck ein Polynom entsprechend der Lagrange-Formel ist.