DE102004026147B4

DE102004026147B4 - Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102004026147B4
Application number: DE102004026147A
Authority: DE
Inventors: Nobuo Wako Sugitani
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2024-05-29
Also published as: DE102004026147A1; US6929085B2; JP2005008007A; US20040256171A1; JP4294389B2

Abstract

Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend:
ein Bedienungselement (11), mit dem ein Fahrer eines Fahrzeugs das Fahrzeug bedient;
eine Bedienungsbetrag-Erfassungsvorrichtung (16), die einen Bedienungsbetrag (θs) des Bedienungselements erfasst;
eine Reaktionskraftausübungsvorrichtung (19), die auf das Bedienungselement (11) eine Bedienungsreaktionskraft entgegen einer Bedienungsrichtung des Bedienungselements (11) ausübt;
eine Lenkvorrichtung (2), die ein gelenktes Rad (W) des Fahrzeugs durch eine Zahnstange (7) lenkt, wobei die Lenkvorrichtung von dem Bedienungselement (11) mechanisch getrennt ist;
eine Lenkbetrag-Erfassungsvorrichtung (10), die einen Lenkbetrag (Ps) des gelenkten Rads (W) erfasst;
eine Sollzahnstangenstellungs-Setzvorrichtung (33), die eine Sollzahnstangenstellung (Trs) der Zahnstange (7) auf der Basis des von der Bedienungsbetrag-Erfassungsvorrichtung (16) erfassten Bedienungsbetrags (θs) setzt; sowie
eine Steuer/Regelvorrichtung (4), die einen Steuer/Regelbetrag (Tms) für die Reaktionskraftausübungsvorrichtung (19) und einen Steuer/Regelbetrag (Ds) für die Lenkvorrichtung gemäß einer Abweichung (Drs) zwischen der von der Sollzahnstangenstellung-Setzvorrichtung (7) gesetzten Sollzahnstangenstellung (Trs) und dem von der Lenkbetrag-Erfassungsvorrichtung (10) erfassten Lenkbetrag...

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug umfassend ein Bedienungselement, mit dem ein Fahrer eines Fahrzeugs das Fahrzeug bedient, eine Bedienungsbetrag-Erfassungsvorrichtung, die einen Bedienungsbetrag des Bedienungselements erfasst, eine Reaktionskraftausübungsvorrichtung, die auf das Bedienungselement eine Bedienungsreaktionskraft entgegen einer Bedienungsrichtung des Bedienungselements ausübt, eine Lenkvorrichtung, die ein gelenktes Rad durch eine Zahnstange lenkt, wobei die Lenkvorrichtung von dem Bedienungselement mechanisch getrennt ist, eine Lenkbetrag-Erfassungsvorrichtung, die einen Lenkbetrag des gelenkten Rads erfasst, eine Sollzahnstangenstellungs-Setzvorrichtung, die eine Sollzahnstangenstellung der Zahnstange auf der Basis des von der Bedienungsbetrag-Erfassungsvorrichtung erfassten Bedienungsbetrags setzt, sowie eine Steuer/Regelvorrichtung, die einen Steuer/Regelbetrag für die Reaktionskraftausübungsvorrichtung und einen Steuer/Regelbetrag für die Lenkvorrichtung gemäß einer Abweichung zwischen der von der Sollzahnstangenstellung-Setzvorrichtung gesetzten Sollzahnstangenstellung und dem von der Lenkbetrag-Erfassungsvorrichtung erfassten Lenkbetrag bestimmt, worin die Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug ferner eine Bedienungsdrehmoment-Erfassungsvorrichtung umfasst, die ein auf das Bedienungselement wirkendes Bedienungsdrehmoment umfasst, und wobei die Steuer/Regelvorrichtung eine vorwärtskoppelnde Steuervorrichtung umfasst, die die Lenkvorrichtung in Übereinstimmung mit dem durch die Bedienungsdrehmoment-Erfassungsvorrichtung erfassten Bedienungsdrehmoment vorwärtskoppelnd steuert.
Eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug durch ein Steer-by-wire-System (nachfolgend als SBW-Vorrichtung bezeichnet) ist bekannt, worin die mit dem Lenkrad gekoppelte Lenkwelle von dem Lenkmechanismus, welcher das gelenkte Rad lenkt, mechanisch getrennt ist, und der in dem Lenkmechanismus vorgesehene Lenkmotor elektrisch gesteuert/geregelt wird.
In dieser SBW-Vorrichtung wird der Sollwert des Lenkwinkels eines gelenkten Rads auf der Basis des Betätigungsbetrags berechnet, den der Fahrer dem Lenkrad gibt, und der Lenkmotor wird gemäß dem Sollwert rückkoppelnd geregelt, um den Lenkwinkel des gelenkten Rads zu steuern.
Diese Rückkopplungsregelung ist grundlegend eine Positionsregelung, worin der Istwert so gemacht wird, dass er dem Sollwert folgt, und die Dauerzustandsabweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert wird allgemein dadurch reduziert, dass das Rückkopplungssystem mit einer Integralsteuervorrichtung oder dergleichen versehen wird.
Weil darüber hinaus in der SBW-Vorrichtung das Lenkrad und das gelenkte Rad mechanisch voneinander getrennt sind, ist es für einen Fahrzeugfahrer praktisch unmöglich, durch das Lenkrad die Straßenoberflächenreaktionskraft, die auf das gelenkte Rad einwirkt, direkt zu erfühlen. In dem Fall, worin die Straßenoberflächeninformation nicht von dem Lenkrad auf das gelenkte Rad übertragen wird, wird, wenn das gelenkte Rad zum Beispiel gegen einen Randstein stößt und hängen bleibt, der Fahrer, ohne dies wahrzunehmen, weiterlenken, so dass der Sollwert für den Lenkwinkel des gelenkten Rads viel zu hoch wird und der Lenkmotor einer Überlastung unterliegt, beim Versuch, dem Sollwert zu folgen. Zusätzlich könnte der Fahrzeugfahrer ein Gefühl haben, dass irgendetwas nicht stimmt, wenn er unabhängig von seinem Drehen des Lenkrads erkennt, dass das Lenkrad seine Richtung nicht ändert.
Als Mittel zur Überwindung dieses Nachteils ist in der DE 198 04 821 A1 eine Lenkvorrichtung offenbart, umfassend ein Bedienungselement, mit dem ein Fahrer eines Fahrzeugs das Fahrzeug bedient; eine Bedienungsbetrag-Erfassungsvorrichtung, die einen Bedienungsbetrag des Bedienungselements erfasst; eine Reaktionskraftausübungsvorrichtung, die auf das Bedienungselement eine Bedienungsreaktionskraft entgegen einer Bedienungsrichtung des Bedienungselements ausübt; eine Lenkvorrichtung, die ein gelenktes Rad des Fahrzeugs durch eine Zahnstange lenkt, wobei die Lenkvorrichtung von dem Bedienungselement mechanisch getrennt ist; eine Lenkbetrag-Erfassungsvorrichtung, die einen Lenkbetrag des gelenkten Rads erfasst; eine Sollzahnstangenstellungs-Setzvorrichtung, die eine Sollzahnstangenstellung der Zahnstange auf der Basis des von der Bedienungsbetrag-Erfassungsvorrichtung erfassten Bedienungsbetrags setzt; sowie eine Steuer/Regelvorrichtung, die einen Steuer/Regelbetrag für die Reaktionskraftausübungsvorrichtung und einen Steuer/Regelbetrag für die Lenkvorrichtung gemäß einer Abweichung zwischen der von der Sollzahnstangenstellung-Setzvorrichtung gesetzten Sollzahnstangenstellung und dem von der Lenkbetrag-Erfassungsvorrichtung erfassten Lenkbetrag bestimmt, worin die Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug ferner eine Bedienungsdrehmoment-Erfassungsvorrichtung umfasst, die ein auf das Bedienungselement wirkendes Bedienungsdrehmoment erfasst. Dort wird ein simuliertes Reaktionskraftmoment durch einen Elektromotor oder dergleichen erzeugt, in Übereinstimmung mit der Abweichung zwischen dem Sollregelbetrag, der dem Drehwinkel (Betätigungsbetrag) des Lenkrads entspricht, und dem Istlenkwinkel des gelenkten Rads, d.h. in Übereinstimmung mit der Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert in der Regelung. Das simulierte Reaktionskraftmoment wird auf das Lenkrad ausgeübt, um dem Fahrzeugfahrer ein rückkoppelndes Gefühl zu geben.
Aus der DE 101 57 944 A1 ist eine Lenkvorrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Dort wird, um das Ansprechverhalten bei der Lenkwinkelregelung des gelenkten Rads zu verbessern, das Betätigungsmoment, das auf das Lenkrad wirkt, erfasst und der Steuer/Regelbetrag des Lenkmotors wird gemäß dem Betätigungsmoment vorwärtskoppelnd gesteuert.
Die DE 198 04 821 A1 sowie die EP 1 203 710 A2 zeigen Lenkvorrichtungen ähnlich der eingangs genannten Art, ohne jedoch einen Hinweis darauf zu geben, dass ein Vorwärtskopplungseffekt von der Bedienungsfrequenz abhängig sein könnte.
Falls jedoch die Integralsteuerung durchgeführt wird, um die Dauerzustandsabweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert zu reduzieren, und wenn hierbei der Sollwert und der Istwert gleich einem bestimmten Lenkwinkel werden, hört die auf der Basis der Abweichung ausgeübte Betätigungs reaktionskraft auf, was zu einem Verlust des Lenkgefühls führt. Dies ist eine Eigenschaft, die sich in der herkömmlichen Lenkvorrichtung nicht findet, worin das Lenkrad und das gelenkte Rad mechanisch gekoppelt sind, und gibt einem Fahrzeugfahrer, der es gewöhnt ist, ein herkömmliches Fahrzeug zu fahren, ein sehr starkes Gefühl, dass etwas nicht stimmt.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die obigen Probleme durchgeführt worden, und eine Aufgabe davon ist es, eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug anzugeben, die es ermöglicht, dass die Bedienungsreaktionskraft nach Wunsch eingestellt wird, und die eine Verbesserung im Ansprechverhalten ermöglicht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die obige Aufgabe zu lösen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug angegeben, umfassend: ein Bedienungselement (zum Beispiel einen Bedienungshebel 11 in der später beschriebenen Ausführung), mit dem ein Fahrer eines Fahrzeugs das Fahrzeug bedient; eine Bedienungsbetrag-Erfassungsvorrichtung (zum Beispiel einen Bedienungsbetragsensor 16 in der später beschriebenen Ausführung), die einen Bedienungsbetrag des Bedienungselements erfasst; eine Reaktionskraftausübungsvorrichtung (zum Beispiel einen Bedienungsreaktionskraftmotor 19 in der später beschriebenen Ausführung), die auf das Bedienungselement eine Bedienungsreaktionskraft entgegen einer Bedienungsrichtung des Bedienungselements ausübt; eine Lenkvorrichtung (zum Beispiel einen Lenkmechanismusabschnitt 2 in der später beschriebenen Ausführung), die ein gelenktes Rad (zum Beispiel ein gelenktes Rad W in der später beschriebenen Ausführung) des Fahrzeugs durch eine Zahnstange (zum Beispiel eine Zahnstange 7 in der später beschriebenen Ausführung) lenkt, wobei die Lenkvorrichtung von dem Bedienungselement mechanisch getrennt ist; eine Lenkbetrag-Erfassungsvorrichtung (zum Beispiel einen Zahnstangenstellungssensor 10 in der später beschriebenen Ausführung), die einen Lenkbetrag des gelenkten Rads erfasst; eine Sollzahnstangen stellungs-Setzvorrichtung, die eine Sollzahnstangenstellung der Zahnstange auf der Basis des von der Bedienungsbetrag-Erfassungsvorrichtung erfassten Bedienungsbetrags setzt; sowie eine Steuer/Regelvorrichtung (zum Beispiel eine Steuer/Regelvorrichtung 4 in der später beschriebenen Ausführung), die einen Steuer/Regelbetrag für die Reaktionskraftausübungsvorrichtung und einen Steuer/Regelbetrag für die Lenkvorrichtung gemäß einer Abweichung zwischen der von der Sollzahnstangenstellung-Setzvorrichtung gesetzten Sollzahnstangenstellung und dem von der Lenkbetrag-Erfassungsvorrichtung erfassten Lenkbetrag bestimmt, worin die Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug ferner eine Bedienungsdrehmoment-Erfassungsvorrichtung (zum Beispiel einen Bedienungsdrehmomentsensor 15 in der später beschriebenen Ausführung) umfasst, die ein auf das Bedienungselement wirkendes Bedienungsdrehmoment erfasst, und wobei die Steuer/Regelvorrichtung eine vorwärtskoppelnde Steuervorrichtung (zum Beispiel eine FF-Steuervorrichtung 37 in einer unten beschriebenen Ausführung) umfasst, die die Lenkvorrichtung in Übereinstimmung mit dem durch die Bedienungsdrehmoment-Erfassungsvorrichtung erfassten Bedienungsdrehmoment vorwärtskoppelnd steuert; sowie eine Frequenzkompensationsvorrichtung (zum Beispiel einen Bandpassfilter 38 in einer unten beschriebenen Ausführung), die einen Vorwärtskopplungseffekt in Übereinstimmung mit einer Bedienungsfrequenz des Bedienungselements erhöht oder senkt.
Mit der oben beschriebenen Konstruktion kann durch das Einstellen des Vorwärtskopplungseffekts mit der Frequenzkompensationsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Bedienungsfrequenz des Bedienungselements das Ansprechverhalten eingestellt werden. Wenn zum Beispiel der Vorwärtskopplungsverstärkungsfaktor groß gemacht wird und hierbei die Bedienungsfrequenz hoch ist, wird das Ansprechverhalten verbessert.
Bevorzugt umfasst in der oben beschriebenen Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug die Steuer/Regelvorrichtung eine Integralsteuervorrichtung (zum Beispiel eine Regelvorrichtung 34 mit variablem Integral in der später beschriebenen Ausführung), die einen Integraleffekt bei der Regelung der Lenkvorrichtung gemäß zumindest einem Straßenoberflächenzustand vergrößert oder verkleinert.
Mit der oben beschriebenen Konstruktion kann die Bedienungsreaktionskraft eingestellt werden, indem der Integraleffekt mit der Integralsteuervorrichtung in Übereinstimmung mit dem Straßenoberflächenzustand eingestellt wird. Wenn zum Beispiel der Integralverstärkungsfaktor für eine Niedrig-μ-Straße reduziert wird, nimmt die Dauerzustandsabweichung zu, mit dem Ergebnis, dass die Bedienungsreaktionskraft erhöht wird und die Lenkstabilität verbessert wird, wohingegen, wenn der Integralverstärkungsfaktor für eine Hoch-μ-Straße erhöht wird, die Dauerzustandsabweichung abnimmt, mit dem Ergebnis, dass die Bedienungsreaktionskraft reduziert wird und die Weichheit der Lenkung verbessert wird. Übrigens bedeutet μ einen Straßenoberflächenwiderstand.
Bevorzugt umfasst in der oben beschriebenen Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug die Steuer/Regelvorrichtung ferner eine Proportional- und Differentialregelvorrichtung, die mit der Integralsteuervorrichtung zusammenwirkt, um einen Proportional-, Integral- und Differentialregelwert für die Lenkvorrichtung bereitzustellen.
Bevorzugt berechnet in der oben beschriebenen Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug die vorwärtskoppelnde Steuer/Regelvorrichtung einen vorwärtskoppelnden Steuerwert zum vorwärtskoppelnden Steuern der Lenkvorrichtung, indem ein ursprünglich vorwärtskoppelnder Steuerwert, der auf der Basis eines Kennfelds des von der Bedienungsdrehmoment-Erfassungsvorrichtung erfassten Bedienungsdrehmoments und einem Antriebsbetrag des Lenkmotors bestimmt wird, mit einem Vorwärtskopplungsverstärkungsfaktor multipliziert wird, der durch die Frequenzkompensationsvorrichtung gesetzt wird.
Bevorzugt umfasst in der oben beschriebenen Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug die Steuer/Regelvorrichtung ferner eine Proportional- und Differential regelvorrichtung, die mit der Integralsteuervorrichtung zusammenwirkt, um einen Proportional-, Integral- und Differentialregelwert für die Lenkvorrichtung vorzusehen, wobei die vorwärtskoppelnde Steuer/Regelvorrichtung einen Vorwärtskopplungssteuerwert zum vorwärtskoppelnden Steuern der Lenkvorrichtung berechnet, indem sie einen ursprünglichen vorwärtskoppelnden Steuerwert, der auf der Basis eines Kennfelds des von der Bedienungsdrehmoment-Erfassungsvorrichtung erfassten Bedienungsdrehmoments und eines Antriebsbetrags des Lenkmotors bestimmt wird, mit einem Vorwärtskopplungsverstärkungsfaktor multipliziert, der durch die Frequenzkompensationsvorrichtung gesetzt ist; und worin der Proportional-, Integral- und Differentialregelwert und der Vorwärtskopplungssteuerwert synthetisiert werden, um einen Treiberstrom für den Lenkmotor zu steuern/regeln.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Strukturansicht einer Ausführung einer Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Perspektivansicht eines Bedienungsabschnitts in der obigen Ausführung.
3 ist ein Ausgabekenndiagramm eines Bedienungsdrehmomentsensors in der obigen Ausführung.
4 ist ein Ausgabekenndiagramm eines Bedienungsbetragsensors in der obigen Ausführung.
5 ist ein Steuerblockdiagramm einer Steuer/Regelvorrichtung in der obigen Ausführung.
6 ist ein Integralverstärkungsfaktor-Kenndiagramm einer Regelvorrichtung mit variablem Integral in der obigen Ausführung.
7 ist ein Vorwärtskopplungsverstärkungsfaktor-Kenndiagramm eines Bandpassfilters in der obigen Ausführung.
8 ist ein Übergangs-Kenndiagramm zu der Zeit, wenn ein schnelles Lenken auf einer Hoch-μ-Straße mit der Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß der obigen Ausführung durchgeführt wird.
9 ist ein Übergangs-Kenndiagramm zu der Zeit, wenn ein langsames Lenken auf einer Hoch-μ-Straße mit der Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß der obigen Ausführung durchgeführt wird.
10 ist ein Übergangs-Kenndiagramm zu der Zeit, wenn das Lenken auf einer Niedrig-μ-Straße mit der Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß der obigen Ausführung durchgeführt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nun in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Strukturansicht der Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Ausführung, und 2 ist eine Perspektivansicht eines in 1 gezeigten Bedienungshebels.
Die in 1 gezeigte Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug ist eine Lenkvorrichtung des sogenannten Steer-by-wire-Systems, worin durch Bedienung eines Bedienungshebels 11 eines Bedienungsabschnitts nach links oder rechts ein Lenkmechanismusabschnitt 2, der von dem Bedienungsabschnitt 1 mechanisch getrennt ist, durch eine Steuer/Regelvorrichtung 4 betätigt wird. In dem Lenkmechanismusabschnitt 2 wird ein Lenkmotor 5 durch ein Signal von einer Steuer/Regelvorrichtung 4 angetrieben, und die Bewegung des Lenkmotors 5 wird in eine Linearbewegung einer Zahnstange 7 durch einen Kugelschraubmechanismus 9 umgewandelt, um gelenkte Räder W und W zu lenken.
Der Bedienungsabschnitt 1 enthält hauptsächlich den Bedienungshebel 11, den der Fahrer eines Fahrzeugs bedient, einen Bedienungsdrehmomentsensor 15, der das Bedienungsdrehmoment erfasst, das auf den Bedienungshebel 11 wirkt, einen Bedienungsbetragsensor 16, der einen Drehwinkel (Bedienungsbetrag) des Bedienungshebels 11 erfasst, sowie einen Bedienungsreaktionskraftmotor 19, der in Übereinstimmung mit einem Befehl von der Steuer/Regelvorrichtung 4 dem Bedienungshebel 11 eine Bedienungsreaktionskraft gibt. Der Bedienungsdrehmomentsensor 15 gibt ein Signal, das dem erfassten Bedienungsdrehmoment entspricht, an die Steuer/Regelvorrichtung 4 aus, und der Bedienungsbetragsensor 16 gibt ein elektrisches Signal, das dem erfassten Bedienungsbetrag entspricht, an die Steuer/Regelvorrichtung 4 aus.
Andererseits ist die Zahnstange 7 mit einem Zahnstangenstellungssensor 10 versehen, der die Stellung der Zahnstange 7 erfasst (nachfolgend häufig als Zahnstangenstellung bezeichnet), und der ein der Zahnstangenstellung entsprechendes elektrisches Signal an die Steuer/Regelvorrichtung 4 ausgibt. Ein bekannter Sensor, wie etwa ein Linearkodierer, ein Potentiometer oder dergleichen, der entlang der Zahnstange vorgesehen ist, oder eine Kombination einer Mehrzahl von Sensoren ist als Zahnstangenstellungssensor 10 verwendbar. In der vorliegenden Ausführung wird durch Erfassen der Zahnstangenstellung der Lenkbetrag der gelenkten Räder W und W erfasst, so dass der Zahnstangenstellungssensor 10 ein Lenkbetrag-Erfassungsmittel darstellt.
Ferner ist das Fahrzeug mit einem Geschwindigkeitssensor 22 versehen, der ein elektrisches Signal, das der erfassten Geschwindigkeit des Fahrzeugs entspricht, an die Steuer/Regelvorrichtung 4 ausgibt.
Der Lenkmotor 5, der durch ein Steuersignal von der Steuer/Regelvorrichtung 4 angetrieben wird, ist mit einer Mutter des Kugelschraubmechanismus 9 gekoppelt. Die Schraubachse des Kugelschraubmechanismus 9 ist in die Zahnstange 7 eingeformt. Demzufolge wird die Drehbewegung des Lenkmotors 5 durch den Kugelschraubmechanismus 9 in die Linearbewegung der Zahnstange 7 umgewandelt. Darüber hinaus ist die Zahnstange 7 über Spurstangen 8 und 8 mit den gelenkten Rädern W und W gekoppelt, so dass die Linearbewegung der Zahnstange 7 in die Lenkbewegung der gelenkten Räder W und W umgewandelt wird.
Als Nächstes wird der Bedienungsabschnitt 1 im Detail beschrieben.
Wie in 2 gezeigt, ist eine mit dem Bedienungshebel 11 gekoppelte Stange 14 an einem Rahmen 13 des Bedienungsabschnitts 1 drehbar gelagert, und daran ist ein Bedienungsreaktionskraftmotor 19 angebracht.
Der Bedienungshebel 11 wird an der Oberseite vom Fahrer des Fahrzeugs zum Bedienen ergriffen, und ein Ende 14a der Stange 14 ist an einem unteren Abschnitt des Bedienungshebels 11 befestigt. Die Stange 14 ist orthogonal zu dem Bedienungshebel 11 festgelegt und ist über Lager oder dergleichen an den Wänden 13a, 13b, 13c und 13d des Rahmens 13 drehbar gelagert. Im Ergebnis kann der Bedienungshebel 11 in einer rotationsartigen Bewegung, mit der Stange 14 als Achse, nach links und rechts geneigt werden. Übrigens wird in der folgenden Beschreibung das Neigen des Bedienungshebels 11 nach rechts mit der Stange 14 als Achse so, dass die gelenkten Räder W und W nach rechts gelenkt werden, als das "Rechtslenken" bezeichnet, und das Neigen des Bedienungshebels 11 nach links mit der Stange 14 als Achse derart, dass die gelenkten Räder W und W nach links gelenkt werden, wird als das "Linkslenken" bezeichnet.
Der Bedienungsdrehmomentsensor 15 und der Bedienungsbetragsensor 16 sind entlang der Längsrichtung der Stange 14 angeordnet.
Der Bedienungsdrehmomentsensor 15, der durch einen bekannten Sensor unter Verwendung eines Dehnungsmessers oder dergleichen aufgebaut ist, erfasst den Bedienungsdrehmomentbetrag, der auf den Bedienungshebel 11 einwirkt, und gibt einen Spannungswert (erfassten Wert Ts) aus, der dem Bedienungsdrehmomentbetrag entspricht. Die Steuer/Regelvorrichtung 4 verarbeitet die Ausgabe des Bedienungsdrehmomentsensors 15, so dass ein Referenzspannungswert als der Nullpunkt gegeben wird, wenn der Bedienungshebel 11 in der Neutralstellung ist, der Wert (erfasste Wert Ts) positiv wird, wenn das Rechtslenken des Bedienungshebels 11 aus der Neutralstellung heraus durchgeführt wird, und der Wert (erfasste Wert Ts) negativ wird, wenn das Linkslenken des Bedienungshebels 11 aus der Neutralstellung heraus durchgeführt wird. Im Ergebnis ist die Ausgabecharakteristik des Bedienungsdrehmomentsensors 15, die von der Steuer/Regelvorrichtung 4 erkannt wird, so, wie in 3 gezeigt. Die Ausgabe (der erfasste Wert Ts) von dem Bedienungsdrehmomentsensor 15 wird in der Vorwärtskopplungs(FF)steuerung verwendet, die später beschrieben wird.
Der Bedienungsbetragsensor 16, der durch ein Potentiometer aufgebaut ist, der den Drehwinkel der Stange 14 erfasst, der druch die Bedienung des Bedienungshebels 11 hervorgehoben wird, gibt einen Spannungswert (erfassten Wert θs) aus, der dem Bedienungsbetrag des Bedienungshebels 11 entspricht. Die Steuer/Regelvorrichtung 4 verarbeitet die Ausgabe des Bedienungsbetragsensors 16 in der gleichen Weise wie die Ausgabe des Bedienungsdrehmomentsensors 15. In anderen Worten wird, wie in 4 gezeigt, die Ausgabecharakteristik des Bedienungsbetragsensors 16 derart, dass eine Referenzspannung als der Nullpunkt gegeben wird, wenn sich der Bedienungshebel 11 in der Neutralstellung befindet, der erfasste Wert θs zunimmt, wenn ein Drehmoment durch das Rechtslenken des Bedienungshebels 11 ausgeübt wird, und der erfasste Wert θs abnimmt, wenn eine umgekehrtes Drehmoment durch das Linkslenken des Bedienungshebels 11 ausgeübt wird.
Ferner weist die Stange 14 an ihrem anderen Ende 14b eine Riemenscheibe 17 auf, die über einen Riemen 18 mit der Drehachse des Bedienungsreaktionskraftmotors 19 gekoppelt ist.
Der Bedienungsreaktionskraftmotor 19 erhält ein Signal von der Steuer/Regelvorrichtung 4 und wirkt mit dem unten beschriebenen Zentriermechanismus 20 zusammen, um eine Reaktionskraft (Bedienungsreaktionskraft) einer vorbestimmten Größe in Richtung entgegengesetzt der Bedienungsrichtung des Bedienungshebels 14 entsprechend dem Bedienungsbetrag des Bedienungshebels 11 und der Fahrzeuggeschwindigkeit zu erzeugen, um hierdurch die Bedienbarkeit der Lenkbedienung zu verbessern.
Der Zentriermechanismus 20 ist auf der Stange 14 zwischen dem Bedienungshebel 11 und dem Bedienungsbetragsensor 16 vorgesehen, wobei der Zentriermechanismus 20 den Bedienungshebel 11 zu der Neutralstellung zurückspannt. Der Zentriermechanismus 20 ist aufgebaut durch eine Platte 20a, die an der Stange 14 befestigt ist, sowie Zentrierfedern 20b und 20b, die jeweils an entgegengesetzten linken und rechten Enden der Platte 20a eingehängt sind. Der Haken am Unterende jeder Zentrierfeder 20b ist am Boden 13e jedes Rahmens 13 eingehängt. Wenn zum Beispiel das Linkslenken durchgeführt wird, wird demzufolge die in 2 zum Betrachter hin angeordnete Zentrierfeder 20b gestreckt, um eine Rückstellkraft zu erzeugen, die bewirkt, dass die Feder auf ihre ursprüngliche Länge zurückkehrt, um hierdurch den Bedienungshebel 11 zur Neutralstellung zurückzuspannen. Wenn somit der Bedienungshebel 11 aus seiner nach links geneigten Stellung zur Neutralstellung zurückkehrt, unterstützt die Rückstellkraft der Zentrierfeder 20b das Rückstellen des Bedienungshebels 11.
Als Nächstes folgt eine Beschreibung der Steuer/Regelvorrichtung 4 in Bezug auf das Steuerblockdiagramm in 5.
Die Steuer/Regelvorrichtung 4 ist aufgebaut durch eine CPU (zentrale Prozessoreinheit), ein ROM (Festwertspeicher), ein RAM (Direktzugriffsspeicher) und eine ECU (elektronische Steuereinheit) einschließlich einer vorbe stimmten elektrischen Schaltung. Die Steuer/Regelvorrichtung 4 enthält einen Lenksteuerabschnitt 31, der den Lenkmotor 5 auf der Basis des jeweils vom Zahnstangenstellungssensor 10, dem Bedienungsdrehmomentsensor 15 und dem Bedienungsbetragsensor 16 erfassten Wert steuert/regelt, sowie einen Bedienungsreaktionskraft-Steuerabschnitt 32, der den Bedienungsreaktionskraftmotor 19 auf der Basis des vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 22 usw. erfassten Werts steuert/regelt. Die Steuer/Regelvorrichtung 4 ist in der Lage, den Lenkmotor 5 und den Bedienungsreaktionskraftmotor 19 unabhängig zu steuern/zu regeln.
Zuerst wird der Lenksteuerabschnitt 31 beschrieben.
In dem Lenksteuerabschnitt 31 wird zuerst der Sollwert für die Zahnstangenstellung, der dem vom Fahrzeugfahrer durchgeführten Bedienungsbetrag entspricht (nachfolgend als "Sollzahnstangenstellung" bezeichnet) Trs durch eine Sollzahnstangenstellung-Setzvorrichtung 33 auf der Basis des erfassten Werts θs des vom Bedienungsbetragsensor 16 erfassten Bedienungsbetrags gesetzt. Die Sollzahnstangenstellung Trs ist eine Stellung, die lediglich aus einem bestimmten verwandten Gegenstand erhalten wird, wie etwa dem zum Drehwinkel (Bedienungsbetrag) des Bedienungshebels 11 proportionalen Betrag.
Als Nächstes wird die Abweichung Drs zwischen der Sollzahnstangenstellung Trs und der vom Zahnstangenstellungssensor 10 erfassten gegenwärtigen Istzahnstangenstellung (nachfolgend als "Istzahnstangenstellung" bezeichnet) berechnet, und wenn der Wert der Abweichung Drs positiv ist, zeigt dies an, dass in Richtung nach rechts gelenkt wird, wohingegen, wenn der Wert der Abweichung Drs negativ ist, dies das Lenken in Richtung nach links anzeigt. Bei einer üblichen Lenkvorrichtung, die nicht von der Steer-by-wire-Bauart ist, ist diese Abweichung Drs ein Betrag, der der Torsion der Lenkwelle oder dergleichen entspricht.
Dann wird die Abweichung Drs zwischen der Sollzahnstangenstellung Trs und der Istzahnstangenstellung Ps in vorbestimmter Weise durch eine Steuervorrichtung 34 mit variablem Integral und eine Proportional- und Differentialregelvorrichtung (nachfolgend als PD-Regelvorrichtung abgekürzt) 35 kompensiert, so dass sie für die Fahrbedingungen zu dieser Zeit optimiert ist und für den Lenkmotor 5 wird ein P(Proportional)-, I(Integral)- und D(Differential)-Regelwert Cs berechnet. Somit verbessert der Lenksteuerabschnitt 31 durch die oben erwähnte PID-Funktion die Eigenschaft, dass die Zahnstange 7 der Sollzahnstangenstellung Trs folgt.
In dem Fall, in dem die Integralsteuerung zum Regeln der Zahnstangenstellung durchgeführt wird, kann die Dauerzustandsabweichung klein gemacht werden, wenn der Integralverstärkungsfaktor Gi groß gemacht wird und der Integraleffekt groß gemacht wird, wobei auf der anderen Seite die Bedienungsreaktionskraft klein wird. Wenn hingegen der Integralverstärkungsfaktor Gi klein gemacht wird und der Integraleffekt klein gemacht wird, wird die Dauerzustandsabweichung groß, wobei aber der Verlust der Bedienungsreaktionskraft verhindert werden kann. Aus dem Obigen folgt, dass dann, wenn der Integralverstärkungsfaktor Gi groß gemacht wird, die Lenkweichheit verbessert wird, und wenn der Integralverstärkungsfaktor Gi klein gemacht wird, die Übertragungsleistung von Straßenoberflächeninformation verbessert wird und die Lenkstabilität verbessert wird.
Im Ergebnis wird in dem Lenksteuerabschnitt 31 der vorliegenden Ausführung die Regelvorrichtung 34 mit variablem Integral für die Integralsteuerung verwendet, so dass der Integralverstärkungsfaktor Gi entsprechend dem Straßenoberflächenwiderstand μ verändert wird, der in einer Straßenoberflächenwiderstands-Berechnungsvorrichtung (nachfolgend als μ-Berechnungsvorrichtung abgekürzt) 36 berechnet ist. Die μ-Berechnungsvorrichtung 36 berechnet den Straßenoberflächenwiderstand μ einer Straße auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Gierrate, der Querbeschleunigung, der Zahnstangenstellung und dergleichen.
Insbesondere wird in der Regelvorrichtung 34 mit variablem Integral der vor liegenden Ausführung, wie in 6 gezeigt, der Integralverstärkungsfaktor Gi in dem Fall des geringeren Straßenoberflächenwiderstands μ kleiner gemacht als in dem Fall des hohen Straßenoberflächenwiderstands μ, um für eine große Dauerzustandsabweichung zu sorgen. Im Ergebnis kann Straßenoberflächeninformation und ein Lenkgefühl der Bedienungsreaktionskraft erhalten werden, wie sie mit einem auf einer Niedrig-μ-Straße fahrenden üblichen Fahrzeug nicht erhältlich ist.
Darüber hinaus ist es auch möglich, dass durch das Vorsehen eines Moduswählschalters, der gemäß dem Geschmack des Fahrzeugfahrers die Auswahl zwischen Modi gestattet, wie etwa zum Beispiel "Sportmodus", "Normalmodus", "Luxusmodus" und dergleichen, die Regelvorrichtung 34 mit variablem Integral den Integralverstärkungsfaktor statisch und dynamisch gemäß dem ausgewählten Modus verändert, um den Integraleffekt zu verändern.
Übrigens bildet in der vorliegenden Ausführung die Regelvorrichtung 34 mit variablem Integral eine Integralsteuervorrichtung, die den Integraleffekt gemäß zumindest Straßenoberflächenzuständen vergrößert oder verkleinert.
Darüber hinaus wird in dem Lenksteuerabschnitt 31 ein Vorwärtskopplungssteuerwert (nachfolgend als FF-Steuerwert abgekürzt) Fcs für den Lenkmotor 5 durch eine vorwärtskoppelnde Steuervorrichtung 37 (nachfolgend als FF-Steuervorrichtung abgekürzt) auf der Basis des vom Bedienungsdrehmomentsensors 15 erfassten Drehmomentwerts Ts berechnet. Insbesondere berechnet die FF-Steuervorrichtung 37 den FF-Steuerwert Fcs, indem er einen ursprünglichen FF-Steuerwert Fcsp, der auf der Basis eines Kennfelds des erfassten Drehmomentwerts Ts und des Antriebsbetrags des Lenkmotors 5 bestimmt wird, und einen Vorwärtskopplungsverstärkungsfaktor (nachfolgend als FF-Faktor abgekürzt) Gff, der von dem später beschriebenen Bandpassfilter 38 gesetzt wird, multipliziert.
Die FF-Steuervorrichtung 37 macht es daher möglich, dass die Zahnstange 7 vor einer Zunahme des Betätigungsbetrags des Bedienungshebels 11 bewegt wird, um hierdurch das Ansprechverhalten bei der Lenkbedienung zu verbessern. Der Betrieb des Bandpassfilters 38 wird unten im Detail beschrieben.
Dann werden in dem Lenksteuerabschnitt 31 der PID-Regelwert Cs und der FF-Steuerwert Fcs vereinigt, um den Treiberstrom des Lenkmotors 5 entsprechend dem vereinigten Steuerwert Ds (Ds = Cs + Fcs) zu steuern/zu regeln.
Als Nächstes wird der Bedienungsreaktionskraft-Steuerabschnitt 32 beschrieben.
In dem Bedienungsreaktionskraft-Steuerabschnitt 32 wird die auf den Bedienungshebel 11 wirkende Sollreaktionskraft durch eine Sollbedienungsreaktionskraft-Setzvorrichtung 39 auf der Basis des von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 22 erfassten Fahrzeuggeschwindigkeitswerts (nachfolgend als Fahrzeuggeschwindigkeit abgekürzt) V und der in dem Lenksteuerabschnitt 31 berechneten Abweichung Drs gesetzt. Insbesondere setzt die Sollbedienungsreaktionskraft-Setzvorrichtung 39 den Faktor Gv in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit V und berechnet den Sollbedienungsreaktionskraft-Steuerwert Tms, indem sie den so gesetzten Faktor Gv und die Abweichung Drs miteinander multipliziert.
Der Treiberstrom für den Bedienungsreaktionskraftmotor 19 wird in Übereinstimmung mit dem Sollbedienungsreaktionskraft-Steuerwert Tms geregelt. Hierdurch wird dem Bedienungsabschnitt 1 eine Bedienungsreaktionskraft verliehen.
Übrigens wird der Faktor Gv als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit V gesetzt, so dass er größer wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V zunimmt.
Ferner ist es auch möglich, dass der Faktor Gv eine dynamische Charakteristik relativ zur Frequenz der Abweichung Drs hat.
Wie oben beschrieben, wird in dem Lenksteuerabschnitt 31 der vorliegenden Ausführung der Integralverstärkungsfaktor Gi durch die Regelvorrichtung 34 mit variablem Integral in Übereinstimmung mit dem Straßenoberflächenwiderstand μ variiert, wodurch es möglich gemacht wird, dass die Bedienungsreaktionskraft in Übereinstimmung mit dem Straßenoberflächenzustand eingestellt wird. Wenn in diesem Fall eine Abweichung zwischen der Sollzahnstangenstellung Trs und der Istzahnstangenstellung Ps liegt, setzt die Sollbedienungsreaktionskraft-Setzvorrichtung 39 die Bedienungsreaktionskraft und treibt den Bedienungsreaktionskraftmotor 19 in Übereinstimmung mit dem gesetzten Wert an, was zu einer fortlaufenden Erzeugung einer Bedienungsreaktionskraft führt. Wenn jedoch zu dieser Zeit die FF-Steuerung gleichzeitig durch die FF-Steuervorrichtung 37 auf der Basis des Bedienungsdrehmoments durchgeführt wird, weil die FF-Steuerung in Richtung zur Reduktion der Abweichung wirkt, wird das ursprüngliche Ziel, den Integralverstärkungsfaktor Gi variabel zu machen (d.h. die Einstellung der Bedienungsreaktionskraft in Übereinstimmung mit den Straßenoberflächenzuständen) unerreichbar.
Im Ergebnis ist in der vorliegenden Ausführung der FF-Faktor Gff durch den oben erwähnten Bandpassfilter 38 in Übereinstimmung mit der Bedienungsfrequenz des Bedienungshebels 11 vergrößerbar oder verkleinerbar gemacht worden, so dass der Vorwärtskopplungseffekt (nachfolgend als FF-Effekt bezeichnet) in Übereinstimmung mit der Bedienungsfrequenz des Bedienungshebels 11 verändert werden kann. Übrigens ist die Bedienungsfrequenz die Bedienungsgeschwindigkeit (Drehgeschwindigkeit) des Bedienungshebels 11 und kann auf der Basis seines Bedienungsbetrags, der durch den Bedienungsbetragsensor 16 erfasst wird, erfasst werden.
7 zeigt ein Beispiel der FF-Faktorcharakteristik des Bandpassfilters 38. In der FF-Faktorcharakteristik dieses Beispiels wird der FF-Faktor Gff groß gemacht, wenn die Bedienungsfrequenz hoch ist, so dass der FF-Effekt groß wird, und der FF-Faktor Gff wird klein gemacht, wenn die Bedienungsfrequenz niedrig ist, so dass der FF-Effekt unterdrückt wird, so dass er klein wird. Wenn die FF-Faktorcharakteristik auf diese Weise gesetzt wird und hierbei der Bedienungsbetrag des Bedienungshebels 11 klein ist, aber die Bedienungsgeschwindigkeit des Bedienungshebels 11 schnell ist, wie während des anfänglichen Bedienungszustands oder dergleichen, wird der FF-Effekt groß gemacht, so dass eine Lenkverzögerung nicht erfühlt wird, und wenn die Bedienungsgeschwindigkeit des Bedienungshebels 11 langsam ist, wie während des Zustands unmittelbar vor dem Bedienungsende, wird der FF-Effekt klein gemacht, um eine Abweichung Drs zwischen der Sollzahnstangenstellung Trs und der Istzahnstangenstellung Ps sicherzustellen, so dass eine Bedienungsreaktionskraft erfühlt wird.
Übrigens ist die in 7 gezeigte FF-Faktorcharakteristik lediglich ein Beispiel, und es ist auch möglich, eine andere FF-Faktorcharakteristik zu verwenden, als sie in dieser Figur gezeigt wird.
Als Nächstes wird die Lenkbedienung dieser Lenkvorrichtung, wenn sie an einem Fahrzeug angebracht ist, in Bezug auf die 8 bis 10 beschrieben.
Man nehme nun an, dass die Lenksteuerung auf die stabile Seite gesetzt ist, und, wie in 6 gezeigt, die Regelvorrichtung 34 mit variablem Integral den Integralverstärkungsfaktor Gi für eine Niedrig-μ-Straße kleiner setzt als eine Hoch-μ-Straße, so dass die Dauerzustandsabweichung groß ist und die Lenkstabilität verbessert ist. Ferner sei angenommen, dass die FF-Faktorcharakteristik des Bandpassfilters 38, wie in 7 gezeigt, so gesetzt ist, dass der FF-Faktor Gff klein gemacht wird, wenn die Bedienungsfrequenz niedrig ist, und der FF-Faktor Gff groß gemacht wird, wenn die Bedienungsfrequenz hoch ist.
In diesem Fall bedient zum Beispiel der Fahrzeugfahrer den Bedienungshebel 11 aus der Neutralstellung nach rechts, wobei in der Anfangsstufe der Bedienung der Bedienungsbetrag des Bedienungshebels 11 klein ist, wobei aber das auf den Bedienungshebel 11 ausgeübte Bedienungsdrehmoment groß ist. Da hier der erfasste Drehmomentwert Ts von dem Bedienungsdrehmomentsensor 15 ausgegeben wird, führt die FF-Steuervorrichtung 37 des Lenksteuerabschnitts 31 die Abfrage eines Kennfelds (nicht gezeigt) auf der Basis des erfassten Drehmomentwerts Ts durch, um den FF-Steuerwert Fcs für den Lenkmotor 5 zu bestimmen. Indem der Lenkmotor 5 auf der Basis des FF-Steuerwerts Fcs angetrieben wird, bewegt sich die Zahnstange 7, vor der vollen Bedienung des Bedienungshebels 11, linear nach rechts.
Dann setzt die Sollzahnstangenstellung-Setzvorrichtung 33 die Zahnstangenstellung Trs auf der Basis des Bedienungsbetrags des Bedienungshebels 11 und berechnet die Abweichung Drs zwischen der Zahnstangenstellung Trs und der momentanen Istzahnstangenstellung Ps. Ferner bestimmt die Regelvorrichtung 34 mit variablem Integral und die PD-Regelvorrichtung 35 den PID-Regelwert Cs auf der Basis dieser Abweichung Drs, und der Lenkmotor 5 wird auf der Basis des Regelwerts Ds angetrieben, der aus dem PID-Regelwert Cs und dem FF-Steuerwert Fcs synthetisiert ist, um die Zahnstange 7 nach rechts zu bewegen.
Andererseits berechnet die Sollbedienungsreaktionskraft-Setzvorrichtung 39 den Sollbedienungsreaktionskraft-Steuerwert Tms auf der Basis der gegenwärtigen Fahrzeuggeschwindigkeit V und der Abweichung Drs, und der Bedienungsreaktionskraftmotor 19 wird auf der Basis dieses Sollbedienungsreaktionskraft-Steuerwerts Tms angetrieben.
Das Obige ist ein Umriss der Steuerung während des Lenkens, und in der vorliegenden Ausführung sind dank des vorgesehenen Bandpassfilters 38 unterschiedliche Übergangscharakteristiken entsprechend den Bedienungsgeschwindigkeiten des Bedienungshebels 11 gezeigt.
Schnelles Lenken auf Hoch-μ-Straße
Zuerst wird eine Übergangscharakteristik im Fall des schnellen Lenkens auf einer Hoch-μ-Straße in Bezug auf 8 beschrieben.
Weil die Abweichung Drs im anfänglichen Bedienungszustand groß ist, wird der Bedienungsreaktionskraft-Steuerwert Tms durch die Sollbedienungsreaktionskraft-Setzvorrichtung 39 auf groß gesetzt, so dass der Bedienungsreaktionskraftmotor 19 eine hohe Bedienungsreaktionskraft erzeugt. Weil der Bedienungshebel 11 entgegen dieser großen Bedienungsreaktionskraft bedient wird, wird der von dem Bedienungsdrehmomentsensor 15 erfasste Drehmomentwert Ts groß. Wenn ferner ein schnelles Lenken durchgeführt wird, wird der FF-Faktor Gff durch den Bandpassfilter 38 auf groß gesetzt, weil die Bedienungsfrequenz im anfänglichen Bedienungszustand hoch ist. Im Ergebnis wird der in der FF-Steuervorrichtung 37 gesetzte FF-Steuerwert Fcs groß, in anderen Worten, die FF-Ausgabe wird groß, so dass die Steuerung durchgeführt wird, um die Abweichung Drs zu reduzieren. Demzufolge wird im anfänglichen Bedienungszustand, wenn ein schnelles Lenken auf einer Hoch-μ-Straße durchgeführt wird, ein ausgezeichnetes Ansprechverhalten erreicht, während ermöglicht wird, dass der Fahrzeugfahrer keine Lenkverzögerung fühlt.
Diese Übergangscharakteristik im anfänglichen Bedienungszustand entspricht einer weichen Lenkcharakteristik, die durch die Regelvorrichtung 34 mit variablem Integral und die PD-Regelvorrichtung 35 bestimmt wird. Obwohl die weiche Lenkcharakteristik so erhalten wird, kann in Abhängigkeit von der Bedienung eine Lenkverzögerung erfühlt werden. Indem jedoch der FF-Faktor Gff durch den Bandpassfilter 38 gesetzt wird, kann diese Lenkverzögerung eliminiert werden.
Zum Ende der Bedienung hin wird, weil die Bedienungsfrequenz niedrig ist, der FF-Faktor Gff durch den Bandpassfilter 38 auf klein gesetzt. Im Ergebnis wird der FF-Steuerwert Fcs, der in der FF-Steuervorrichtung 37 gesetzt ist, klein. In anderen Worten, die FF-Ausgabe wird klein, so dass die Steuerung zum Reduzieren der Abweichung Drs begrenzt wird. Zum Ende der Bedienung hin konvergiert die Abweichung Drs in eine Dauerzustandsabweichung. Auch wenn somit ein schnelles Lenken auf einer Hoch-μ-Straße durchgeführt wird, wird, wenn sich die Bedienung ihrem Ende hin annähert, eine vorbestimmte Bedienungsreaktionskraft beibehalten, was es möglicht macht, dass der Fahrzeugfahrer ein gutes, stabiles Lenkgefühl empfindet.
Langsames Lenken auf Hoch-μ-Straße
Als Nächstes wird eine Übergangscharakteristik im Falle des langsamen Lenkens auf einer Hoch-μ-Straße in Bezug auf 9 beschrieben.
Weil die Abweichung Drs im anfänglichen Bedienungszustand groß ist, wird der Bedienungsreaktionskraft-Steuerwert Tms durch die Bedienungsreaktionskraft-Setzvorrichtung 39 auf groß gesetzt, so dass der Bedienungsreaktionskraftmotor 19 eine hohe Bedienungsreaktionskraft erzeugt. Weil der Bedienungshebel 11 entgegen dieser hohen Bedienungsreaktionskraft bedient wird, wird der vom Bedienungsdrehmomentsensor 15 erfasste Drehmomentwert Ts groß. Wenn jedoch ein langsames Lenken durchgeführt wird, wird der FF-Faktor Gff durch den Bandpassfilter 38 auf klein gesetzt, weil die Bedienungsfrequenz ab dem anfänglichen Bedienungszustand bis zu dessen Ende gering ist. Im Ergebnis wird der in der FF-Steuervorrichtung 37 gesetzte FF-Steuerwert Fcs auch in der anfänglichen Bedienungsstufe klein, in anderen Worten, die FF-Ausgabe wird klein, so dass die Steuerung zum Reduzieren der Abweichung Drs begrenzt ist.
In anderen Worten, wenn man berücksichtigt, dass die Bedienungsreaktionskraft groß wird, wird der Istlenkbetrag nicht groß, so dass das weiche Lenken mit einem großen Betrag erfolgt. Diese Steuerung wird zum Ende der Bedienung fortgesetzt.
Aufgrunddessen kann der gleiche Effekt wie beim Verringern des Istlenkver hältnisses erzeugt werden, im Vergleich damit, wenn ein schnelles Lenken ausgeführt wird, um hierdurch die Lenkstabilität weiter zu erhöhen. Demzufolge kann der Fahrer ein gutes Lenkstabilitätsgefühl haben, wie etwa dann, wenn er zum Beispiel während schneller Fahrt die Fahrbahnen langsam wechselt.
Lenken auf Niedrig-μ-Straße
Als Nächstes wird die Übergangscharakteristik für eine Niedrig-μ-Straße in Bezug auf 10 beschrieben.
Auf einer Niedrig-μ-Straße ist, auch bei einem üblichen Fahrzeug, die tatsächliche Lenkfolgeeigenschaft auf die Lenkbedienung hoch, während die Reaktionskraft und die Straßenoberflächeninformation tendenziell klein sind. Weil jedoch in der vorliegenden Ausführung der Integralverstärkungsfaktor Gi für eine Niedrig-μ-Straße höher gesetzt wird als für eine Hoch-μ-Straße, wird die Abweichung Drs größer als sie natürlicherweise werden würde, mit dem Ergebnis, dass der in der Sollbedienungsreaktionskraft-Setzvorrichtung 39 gesetzte Sollbedienungsreaktionskraft-Steuerwert Tms groß wird und die durch den Bedienungsreaktionskraftmotor 19 erzeugte Bedienungsreaktionskraft groß, im Vergleich damit, wenn der Integralverstärkungsfaktor Gi konstant ist. Unabhängig von der Tatsache, dass im Falle des konstanten Integralverstärkungsfaktors Gi der Absolutwert der Lenkreaktionskraft so klein sein sollte, dass er den FF-Steuereffekt nicht erzeugt, kann im Ergebnis gemäß dem vorliegenden System der FF-Steuereffekt wie auf einer Hoch-μ-Straße erwartet werden.
Demzufolge können die Straßenoberflächeninformation und das Lenkgefühl, die im Falle einer Niedrig-μ-Straße bei einem üblichen Fahrzeug leicht verloren gehen, wie im Falle einer Hoch-μ-Straße erfühlt werden.
Somit wird gemäß der Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug der vorliegenden Ausführung die Bedienungsreaktionskraft durch die Regelvorrichtung 34 mit variablem Integral in Übereinstimmung mit der Straßenoberflächeninformation (dem Straßenoberflächenwiderstand μ) eingestellt, und der Integralverstärkungsfaktor Gi wird für eine Niedrig-μ-Straße kleiner gemacht als für eine Hoch-μ-Straße, so dass die Lenkstabilität verbessert wird. Weil darüber hinaus der FF-Effekt durch den Bandpassfilter 38 in Übereinstimmung mit der Bedienungsfrequenz eingestellt werden kann, kann der FF-Faktor Gff größer gemacht werden, wenn die Bedienungsfrequenz hoch ist, als dann, wenn die Bedienungsfrequenz niedrig ist, so dass das Ansprechverhalten verbessert wird. Aufgrund des Obenstehenden wird es möglich, die optimale Einstellung der Lenkreaktionskraft durch die Regelvorrichtung 34 mit variablem Integral kompatibel mit der Verbesserung des Ansprechverhaltens durch die FF-Steuervorrichtung 37 zu machen. Ferner kann die Übergangscharakteristik beim Lenken nach Wunsch in Abhängigkeit davon, wie der FF-Faktor Gff gesetzt ist, eingestellt werden.
Übrigens ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführung beschränkt.
Zum Beispiel kann die Regelvorrichtung 34 mit variablem Integral den Integraleffekt nicht nur gemäß dem Straßenoberflächenzustand vergrößern oder verkleinern, sondern auch zusätzlich hierzu in Übereinstimmung mit der Gierrate, der Querbeschleunigung, der Fahrzeuggeschwindigkeit und dergleichen.
Darüber hinaus ist das Frequenzkompensationsmittel nicht auf den Bandpassfilter beschränkt, und stattdessen könnte ein Tiefpassfilter verwendet werden.
Obwohl ferner in der vorstehenden Ausführung ein Beispiel beschrieben wurde, worin der Integralverstärkungsfaktor durch die Regelvorrichtung 34 mit variablem Integral für die Hoch-μ-Straße mäßig und für die Niedrig-μ-Straße noch kleiner gemacht wird, könnte der Integralverstärkungsfaktor Gi zu einem anderen als dem obigen verändert werden.
Übrigens ist die vorliegende Erfindung auch auf eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug anwendbar, in der der Lenksteuerabschnitt 31 keine Integralsteuervorrichtung enthält und nur eine Proportionalregelung und FF-Steuerung durchführt.
Wie hier oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein exzellenter Effekt darin erreicht werden, dass durch Einstellen des FF-Effekts mit der Frequenzkompensationsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Bedienungsfrequenz das Ansprechverhalten eingestellt werden kann. Ferner ist auch ein Effekt erhältlich, dass die Übergangscharakteristik des Lenkens nach Wunsch in Abhängigkeit davon eingestellt werden kann, wie der FF-Faktor gesetzt ist.
Zusätzlich kann gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ein exzellenter Effekt darin erreicht werden, dass, weil die Bedienungsreaktionskraft durch Einstellen des Integraleffekts mit der integralsteuervorrichtung in Übereinstimmung mit dem Straßenoberflächenzustand eingestellt werden kann, die optimale Einstellung der Bedienungsreaktionskraft und die Verbesserung im Ansprechverhalten kompatibel gemacht werden können.
Während oben bevorzugte Ausführungen der Erfindung beschrieben und veranschaulicht wurden, sollte es sich verstehen, dass diese Beispiele der Erfindung sind und nicht als einschränkend zu betrachten sind. Hinzufügungen, Weglassungen, Substitutionen und andere Modifikationen können vorgenommen werden, ohne vom Geist oder Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dementsprechend soll die Erfindung nicht so verstanden werden, dass sie durch die vorstehende Beschreibung eingeschränkt ist, und wird nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche eingeschränkt.
Eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug enthält einen Bedienungshebel, einen Bedienungsbetragsensor, der den Bedienungsbetrag des Bedienungs hebels erfasst, einen Bedienungsreaktionskraftmotor, der auf den Bedienungshebel eine Bedienungsreaktionskraft ausübt, einen Lenkmechanismusabschnitt, der ein gelenktes Rad eines Fahrzeugs lenkt, einen Zahnstangenstellungssensor, der den Lenkbetrag des gelenkten Rads erfasst, einen Bedienungsdrehmomentsensor, der ein Bedienungsdrehmoment erfasst, sowie eine Steuer/Regelvorrichtung, die den Steuer/Regelbetrag für den Bedienungsreaktionskraftmotor und den Steuer/Regelbetrag für den Lenkmechanismusabschnitt in Übereinstimmung mit einer Abweichung zwischen dem obigen Bedienungsbetrag und dem obigen Lenkbetrag bestimmt. Die Steuer/Regelvorrichtung enthält eine vorwärtskoppelnde Steuervorrichtung, die den Lenkmechanismusabschnitt in Übereinstimmung mit dem Bedienungsdrehmoment vorwärtskoppelnd steuert, sowie einen Bandpassfilter, der den Vorwärtskopplungseffekt in Übereinstimmung mit der Bedienungsfrequenz vergrößert oder verkleinert. Durch Einstellen des Vorwärtskopplungseffekts mit dem Bandpassfilter in Übereinstimmung mit der Bedienungsfrequenz des Bedienungselements kann das Ansprechverhalten eingestellt werden.

Claims

Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend: ein Bedienungselement (11), mit dem ein Fahrer eines Fahrzeugs das Fahrzeug bedient; eine Bedienungsbetrag-Erfassungsvorrichtung (16), die einen Bedienungsbetrag (θs) des Bedienungselements erfasst; eine Reaktionskraftausübungsvorrichtung (19), die auf das Bedienungselement (11) eine Bedienungsreaktionskraft entgegen einer Bedienungsrichtung des Bedienungselements (11) ausübt; eine Lenkvorrichtung (2), die ein gelenktes Rad (W) des Fahrzeugs durch eine Zahnstange (7) lenkt, wobei die Lenkvorrichtung von dem Bedienungselement (11) mechanisch getrennt ist; eine Lenkbetrag-Erfassungsvorrichtung (10), die einen Lenkbetrag (Ps) des gelenkten Rads (W) erfasst; eine Sollzahnstangenstellungs-Setzvorrichtung (33), die eine Sollzahnstangenstellung (Trs) der Zahnstange (7) auf der Basis des von der Bedienungsbetrag-Erfassungsvorrichtung (16) erfassten Bedienungsbetrags (θs) setzt; sowie eine Steuer/Regelvorrichtung (4), die einen Steuer/Regelbetrag (Tms) für die Reaktionskraftausübungsvorrichtung (19) und einen Steuer/Regelbetrag (Ds) für die Lenkvorrichtung gemäß einer Abweichung (Drs) zwischen der von der Sollzahnstangenstellung-Setzvorrichtung (7) gesetzten Sollzahnstangenstellung (Trs) und dem von der Lenkbetrag-Erfassungsvorrichtung (10) erfassten Lenkbetrag (Ps) bestimmt, worin die Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug ferner eine Bedienungsdrehmoment-Erfassungsvorrichtung (15) umfasst, die ein auf das Bedienungselement (11) wirkendes Bedienungsdrehmoment (Ts) erfasst, und wobei die Steuer/Regelvorrichtung (4) eine vorwärtskoppelnde Steuervorrichtung (37) umfasst, die die Lenkvorrichtung in Übereinstimmung mit dem durch die Bedienungsdrehmoment-Erfassungsvorrichtung (15) erfassten Bedienungsdrehmoment (Ts) vorwärtskoppelnd steuert; sowie eine Frequenzkompensationsvorrichtung (38), die einen Vorwärtskopplungseffekt in Übereinstimmung mit einer Bedienungsfrequenz des Bedienungselements (11) erhöht oder senkt.
Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer/Regelvorrichtung (4) eine Integralsteuervorrichtung (34) aufweist, die einen Integraleffekt bei der Regelung der Lenkvorrichtung (2) gemäß zumindest einem Straßenoberflächenzustand vergrößert oder verkleinert.
Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer/Regelvorrichtung (4) ferner eine Proportional- und Differentialregelvorrichtung aufweist, die mit der Integralsteuervorrichtung zusammenwirkt, um einen Proportional-, Integral- und Differentialregelwert für die Lenkvorrichtung (2) bereitzustellen.
Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorwärtskoppelnde Steuervorrichtung (37) einen Vorwärtskopplungssteuerwert (Fcs) zum vorwärtskoppelnden Steuern der Lenkvorrichtung (2) berechnet, indem sie einen ursprünglich vorwärtskoppelnden Steuerwert (Fcsp), der auf der Basis eines Kennfelds des von der Bedienungsdrehmoment-Erfassungsvorrichtung (15) erfassten Bedienungsdrehmoments (Ts) und eines Antriebsbetrags (Ds) des Lenkmotors (5) bestimmt wird, mit einem Vorwärtskopplungsverstärkungsfaktor (Gff) multipliziert, der durch die Frequenzkompensationsvorrichtung (38) gesetzt ist.
Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer/Regelvorrichtung (4) ferner eine Proportional- und Differentialregelvorrichtung (35), die mit der Integralsteuervorrichtung (34) zusammenwirkt, um einen Proportional-, Integral- und Differentialregelwert (Cs) für die Lenkvorrichtung (2) vorzusehen, aufweist, wobei die vorwärtskoppelnde Steuervorrichtung (37) einen Vorwärtskopplungssteuerwert (Fcs) zum vorwärtskoppelnden Steuern der Lenkvorrichtung (2) berechnet, indem sie einen ursprünglichen vorwärtskoppelnden Steuerwert (Fcsp), der auf der Basis eines Kennfelds des von der Bedienungsdrehmoment-Erfassungsvorrichtung (15) erfassten Bedienungsdrehmoments und eines Antriebsbetrags des Lenkmotors (5) bestimmt wird, mit einem Vorwärtskopplungsverstärkungsfaktor (Gff) multipliziert, der durch die Frequenzkompensationsvorrichtung (38) gesetzt ist; und worin der Proportional-, Integral- und Differentialregelwert (Cs) und der Vorwärtskopplungssteuerwert (Fcs) vereinigt werden, um einen Treiberstrom für den Lenkmotor (5) zu steuern/regeln.