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Die
vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Systeme
und Verfahren zum Lenken von Kraftfahrzeugen, die ein so genanntes Steer-by-Wire-System
(System zur Übertragung
von Lenkimpulsen über
elektrische Leitungen) enthalten, bei dem Lenkeingabemittel (Betätigungseingabemittel)
und ein Lenkmechanismus verwendet werden, die mechanisch voneinander
getrennt sind.
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Aus
JP 2001-191937-A ist ein Steer-by-Wire-System bekannt, bei dem ein
Lenkaktuator gemäß einem
Stromsollwert, der dem Lenkwinkel eines Lenkrads entspricht, angesteuert
wird und eine Lenkwinkelsteuerung (oder Drehwinkelsteuerung) von lenkbaren
(oder gelenkten) Rädern
ausgeführt
wird.
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Wenn
es jedoch bei dem bekannten Steer-by-Wire-System für ein lenkbares
Rad unmöglich
wird, in einer Richtung zur Vergrößerung des Lenkwinkels gelenkt
zu werden, z. B. dann, wenn die lenkbaren Räder bei einem statischen Lenkausschlag
an einem Bordstein anliegen, während
das Fahrzeug steht, wird ein übermäßig großer Stromsollwert
an den Lenkaktuator ausgegeben, so dass ein Motor und seine Ansteuerschaltung überhitzt werden,
da der Drehwinkel der lenkbaren Räder dem Lenkwinkel des Lenkrads
folgt.
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Ein
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entsprechendes System und
ein dem Oberbegriff des Patentanspruchs 13 entsprechendes Verfahren
zum Lenken von Kraftfahrzeugen ist aus der
DE 696 14 642 T2 bekannt.
Dieses System umfaßt
einen Lenkmechanismus zum Lenken von Rädern eines Fahrzeugs und ein
Lenkrad, das von dem Lenkmechanismus mechanisch getrennt ist. Ein
Gegenkraftaktuator erzeugt eine Lenkgegenkraft in dem Lenkrad. Ein Lenkaktuator
steuert den Lenkmechanismus anhand eines Drehwinkelsollwertes, der
einem Lenkwinkel des Lenkrades entspricht, an. Anhand eines Gegenkraftsollwertes
erfolgt eine Drehwinkelkorrektur.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein System und ein Verfahren
zum Lenken von Kraftfahrzeugen zu schaffen, die ein Überhitzen
des Lenkaktuators verhindern können
und bei denen die oben beschriebenen Probleme nicht bestehen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein System zum Lenken von Kraftfahrzeugen nach Anspruch 1 bzw. durch
ein Verfahren zum Lenken von Kraftfahrzeugen
nach Anspruch
13. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem
Aspekt wird ein System zum Lenken von Kraftfahrzeugen geschaffen,
das umfasst: einen Lenkmechanismus, der geeignet ist, lenkbare Räder des
Fahrzeugs zu lenken; einen Betätigungseingabeabschnitt,
der von dem Lenkmechanismus mechanisch getrennt ist; einen Gegenkraftaktuator,
der geeignet ist, eine Lenkgegenkraft für den Betätigungseingabeabschnitt anhand
eines Gegenkraftsollwertes, der einem Zustand der lenkbaren Räder entspricht,
bereitzustellen; einen Lenkaktuator, der geeignet ist, den Lenkmechanismus
anhand eines Drehwinkelsollwertes, der einem Lenkwinkel des Betätigungseingabeabschnitts
entspricht, anzutreiben; einen Drehwinkelkorrekturwert-Einstellabschnitt,
der einen Drehwinkelkorrekturwert anhand des Gegenkraftsollwertes
einstellt; und einen Drehwinkelsollwert-Korrekturabschnitt, der
den Drehwinkelkorrekturwert von dem Drehwinkelsollwert subtrahiert,
wobei der Drehwinkelkorrekturwert-Einstellabschnitt den Drehwinkelkorrekturwert
in der Weise einstellt, dass dann, wenn der Drehwinkelsollwert größer wird,
der Drehwinkelkorrekturwert größer wird.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Lenken von
Kraftfahrzeugen geschaffen, das umfasst: Vorsehen eines Lenkmechanismus,
der geeignet ist, lenkbare Räder des
Fahrzeugs zu lenken; Vorsehen eines Betätigungseingabeabschnitts, der
von dem Lenkmechanismus mechanisch getrennt ist; Vorsehen eines
Gegenkraftaktuators, der geeignet ist, eine Lenkgegenkraft für den Betätigungseingabeabschnitt
anhand eines Gegenkraftsollwertes, der einem Zustand der lenkbaren
Räder entspricht,
bereitzustellen; Vorsehen eines Lenkaktuator, der geeignet ist,
den Lenkmechanismus anhand eines Drehwinkelsollwertes, der einem
Lenkwin kel des Betätigungseingabeabschnitts
entspricht, anzutreiben; Einstellen eines Drehwinkelkorrekturwertes
anhand des Gegenkraftsollwertes; und Subtrahieren des Drehwinkelkorrekturwertes
von dem Drehwinkelsollwert, wobei der Drehwinkelkorrekturwert in
der Weise eingestellt wird, dass dann, wenn der Gegenkraftsollwert
größer wird,
der Drehwinkelkorrekturwert größer wird.
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Diese
Zusammenfassung der Erfindung beschreibt nicht notwendigerweise
alle erforderlichen Merkmale, so dass die Erfindung auch eine Unterkombination
dieser beschriebenen Merkmale sein kann.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der
folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnungen
Bezug nimmt; es zeigen:
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1 eine
Gesamtansicht des Aufbaus eines Steer-by-Wire-Systems, bei dem eine erste bevorzugte
Ausführungsform
eines Systems zum Lenken von Kraftfahrzeugen gemäß der Erfindung angewendet
werden kann;
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2 einen
Steuerblockschaltplan einer Lenkgegenkraft-Steuereinheit und einer Lenksteuereinheit,
die in 1 gezeigt sind;
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3 einen
Ablaufplan, der einen Ablauf einer Drehwinkelsollwert-Korrektursteuerung
repräsentiert,
die durch die in 1 gezeigte Lenkgegenkraft-Steuereinheit 10 ausgeführt wird;
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4 ein
Steuerblockschaltplan der Lenkgegenkraft-Steuereinheit und der Lenksteuereinheit
in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des Systems zum
Lenken von Kraftfahrzeugen gemäß der Erfindung;
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5 eine
Einstellzuordnung, die eine Beziehung zwischen einer Fahrzeuggeschwindigkeit
V und einer Gewichtung Gv repräsentiert;
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6 eine
Einstellzuordnung, die eine Beziehung zwischen einem Lenkradwinkel θ und einer Gewichtung
Gθ repräsentiert;
und
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7 ein
Ablaufplan, der den Ablauf eines Korrektursteuerprozesses eines
Lenkwinkel-(oder Drehwinkel-)Sollwertes repräsentiert, der in der zweiten
Ausführungsform,
die in 4 gezeigt ist, durch die Lenkgegenkraft-Steuereinheit
ausgeführt
wird.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung wird nun auf die Zeichnung Bezug genommen.
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1 zeigt
eine Gesamtkonfiguration eines so genannten Steerby-Wire-Systems,
bei dem ein System zum Lenken von Kraftfahrzeugen in einer ersten
bevorzugten Ausführungsform
gemäß der Erfindung
angewendet werden kann. Das Lenksystem der ersten Ausführungsform
enthält:
ein Lenkrad (einen Betätigungseingabeabschnitt
(Betätigungseingabemittel)) 1;
gelenkte (lenkbare) Fahrzeugräder 2, 2;
einen Lenkmechanismus 3; eine Säulenwelle 4; einen
Lenkradwinkelsensor 5; einen Gegenkraftaktuator 6;
einen Lenkaktuator (oder Drehaktuator) 7; einen Lenkwinkel-(oder
Drehwinkel-)Sensor 8; einen Kraftsensor 9; eine
Lenkgegenkraft-Steuereinheit 10; und eine Lenksteuereinheit
(oder Drehsteuereinheit) 11.
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Der
Lenkradwinkelsensor 5, der einen Lenkwinkel des Lenkrads
(Betätigungseingabeabschnitt(-mittel)) 1 erfasst,
der der Lenkwinkel des Fahrers ist, der über das Lenkrad 1 eingegeben
wird (und außerdem
als ein Lenkradwinkel bezeichnet wird), und der Gegenkraftaktuator 6,
der eine Lenkgegenkraft an das Lenkrad 1 abgibt, sind an
der Säulenwelle 4 angeordnet,
die mit dem Lenkrad 1 verbunden ist. Der Gegenkraftaktuator 6 wird
z. B. durch einen bürstenlosen
Gleichstrommotor gebildet, wobei eine Antriebswelle des Motors über ein
Untersetzungsgetriebe mit der Säulenwelle 4 verbunden
ist.
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Der
Lenkaktuator (Drehaktuator) 7, der den Lenkmechanismus 3 antreibt,
und der Drehwinkelsensor 8, der einen Arbeitswinkel (Motordrehwinkel) des
Lenkaktuators 7 erfasst, sind an dem Lenkmechanismus 3 angebracht.
Der Kraftsensor 9 ist an der Zahnstangenwelle des Lenkmechanismus 3 installiert,
um eine Fahrbahngegenkraft (Zahnstangenaxialkraft) zu erfassen.
Der Lenkaktuator 7 ist in der gleichen Weise wie der Gegenkraftaktuator 6 durch
einen bürstenlosen
Gleichstrommotor gebildet, wobei die Antriebswelle dieses Motors über ein
Untersetzungsgetriebe mit der Zahnstangenwelle verbunden ist.
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Die
Lenkgegenkraft-Steuereinheit 10 berechnet einen Gegenkraftsollwert
anhand des Lenkradwinkels vom Lenkradwinkelsensor 5 und
einer Fahrbahngegenkraft vom Kraftsensor 9. Die Lenkgegenkraft-Steuereinheit 10 gibt
den Stromsollwert, der dem berechneten Gegenkraftsollwert entspricht,
an den Gegenkraftaktuator 6 aus.
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Die
Lenksteuereinheit 11 berechnet einen Drehwinkelsollwert
(Lenkwinkelsollwert) für
den Lenkaktuator (Drehaktuator) 7 anhand des Lenkradwinkels
des Lenkradwinkelsensors 5. Die Lenksteuereinheit 11 bezieht
sich auf den Motordrehwinkel vom Drehwinkelsensor 8 und
gibt einen Stromsollwert aus, so dass ein tatsächlicher Drehwinkel der lenkbaren
Räder (Fahrzeugräder) 2, 2 mit
dem Drehwinkelsollwert an den Lenkaktuator (oder Drehaktuator) 7 in Übereinstimmung
gebracht wird. Es wird angemerkt, dass eine Datenübertragung
zwischen der Lenkgegenkraft-Steuereinheit 10 und der Lenksteuereinheit (oder
Dreksteuereinheit) 11 über
eine bidirektional nutzbare Übertragungsleitung 12 erfolgt.
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2 zeigt
einen Steuerblockschaltplan der Lenkgegenkraft-Steuereinheit 10 und der Lenksteuereinheit 11.
Die Lenkgegenkraft-Steuereinheit 10 enthält: eine
Gegenkraft-Schätzeinrichtung 10a;
einen Gegenkraftsteuerabschnitt 10b; und einen Drehwinkelkorrekturwert-Einstellabschnitt 10c.
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Die
Gegenkraft-Schätzeinrichtung 10a empfängt den
Lenkradwinkel, der durch den Lenkwinkelsensor 5 gemäß der Lenkbetätigung durch die
Bedienperson (Fahrer) erfasst wird, und die Fahrbahngegenkraft,
die durch den Kraftsensor 9 gemäß einem Zustand einer Fahrbahnoberfläche gemessen
wird. Die Gegenkraft-Schätzeinrichtung 10a berechnet
einen Gegenkraftsollwert aus dem Lenkradwinkel und der Fahrbahngegenkraft
und gibt den Gegenkraftsollwert an den Gegenkraftsteuerabschnitt 10b und
den Drehwinkelkorrekturwert-Einstellabschnitt 10c aus.
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Der
Gegenkraftsteuerabschnitt 10b berechnet einen Stromsollwert
des Gegenkraftaktuators 6 anhand des eingegebenen Gegenkraftsollwertes. Der
Gegenkraftaktuator 6 erzeugt eine Lenkgegenkraft am Lenkrad 1 gemäß dem Stromsollwert.
Der Lenkradwinkel nimmt einen Wert an, der gemäß einem Kraftgleichgewicht
zwischen der Lenkgegenkraft und einer Kraft, die an dem Lenkrad 1 durch
einen Menschen (eine Person), d. h. durch einen Fahrer des Fahrzeugs
ausgeübt
wird, festgelegt ist.
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Der
Drehwinkelkorrekturwert-Einstellabschnitt 10c berechnet
einen Drehwinkel-(oder Lenkwinkel-)Korrekturwert durch Multiplikation
einer Korrekturgewichtung G (Konstante) mit dem Gegenkraftsollwert
(der Drehwinkelkorrekturwert-Einstellabschnitt 10c entspricht
den Drehwinkelkorrekturwert-Einstellmitteln (Drehwinkelkorrekturwert-Einstellabschnitt)).
Ein Wert aus der Subtraktion des Drehwinkelkorrekturwertes von einem
Wert des Lenkradwinkels, der mit einem Lenkuntersetzungsverhältnis multipliziert
ist, wird über
die Übertragungsleitung 12 als
ein Drehwinkelsollwert in die Lenksteuereinheit 11 eingegeben
(diese entspricht dem Drehwinkelsollwert-Korrekturabschnitt (den Drehwinkelsollwert-Korrekturmitteln)).
Es wird angemerkt, dass das Lenkuntersetzungsverhältnis so
beschaffen ist, dass es gemäß einer
Fahrzeuggeschwindigkeit oder einem anderen Parameter, der den Fahrzustand
(Bewegungszustand) des Fahrzeugs repräsentiert, eingestellt werden
kann.
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Die
Lenksteuereinheit 11 enthält einen Lenksteuerabschnitt 11a.
Der Lenksteuerabschnitt 11a gibt einen Stromsollwert an
den Lenkaktuator 7 in der Weise aus, dass ein tatsächlicher
Drehwinkel der lenkbaren Fahrzeugräder 2, 2 gleich
dem Wert des Drehwinkel sollwertes wird, der sich auf den Motordrehwinkel
vom Drehwinkelsensor 8 bezieht. Der Lenkaktuator 7 treibt
den Lenkmechanismus 3 an, um einen Lenkwinkel (oder Drehwinkel)
der lenkbaren Fahrzeugräder 2, 2 gemäß dem eingegebenen Stromsollwert
zu erreichen. In 2 bezeichnet ein Bezugszeichen 6A eine
erste Subtraktionseinrichtung und ein Bezugszeichen 6B eine
zweite Subtraktionseinrichtung. Es wird angemerkt, dass eine Plus-Seite
der zweiten Subtraktionseinrichtung 6B den Lenkwinkel des
Lenkrads 1, multipliziert mit dem Lenkuntersetzungsverhältnis, empfängt.
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Anschließend wird
eine Wirkung des Lenksystems in der ersten Ausführungsform beschrieben.
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Vorgang der
Drehwinkelsollwert-Korrektursteuerung
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3 zeigt
einen Ablaufplan, der einen Ablauf des Vorgangs der Drehwinkelsollwert-Korrektursteuerung
repräsentiert,
der in der ersten Ausführungsform
von der Lenkgegenkraft-Steuereinheit 10 ausgeführt wird.
Es wird angemerkt, dass die in 3 gezeigte
Steuerprozedur jeweils in vorgegebenen Steuerungsperioden (z. B.
10 Millisekunden) ausgeführt
wird.
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In
einem Schritt S1 empfängt
die Gegenkraft-Schätzeinrichtung 10a den
Lenkradwinkel θ und eine
Zahnstangenaxialkraft (oder Zahnstangenaxialzugkraft) und die Routine
geht zu einem Schritt S2.
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Im
Schritt S2 schätzt
die Gegenkraft-Schätzeinrichtung 10a die
Fahrbahngegenkraft aus der eingegebenen Zahnstangenaxialkraft und
die Routine geht zu einem Schritt S3.
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Im
Schritt S3 berechnet die Gegenkraft-Schätzeinrichtung 10a den
Gegenkraftsollwert des Gegenkraftaktuators 6 aus der Fahrbahngegenkraft,
die im Schritt S2 berechnet wurde, und dem Lenkradwinkel, der im
Schritt S1 eingegeben wurde, und die Routine geht zu einem Schritt
S4.
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Im
Schritt S4 berechnet der Gegenkraft-Steuerteil (bzw. -Steuerabschnitt) 10b den Stromsollwert
aus dem Gegenkraftsollwert, der im Schritt S3 berechnet wurde, und
gibt den berechneten Stromsollwert an den Gegenkraftaktuator 6 aus und
die Routine geht zu einem Schritt S5.
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Im
Schritt S5 multipliziert der Lenkwinkelkorrekturwert-Einstellteil
(oder -abschnitt) 10c den Gegenkraftsollwert, der im Schritt
S3 berechnet wurde, mit der Korrekturgewichtung G, um den Lenkwinkelkorrekturwert
einzustellen, und die Routine geht zu einem Schritt S6.
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Im
Schritt S6 subtrahiert die zweite Subtraktionseinrichtung 6B den
Drehwinkelkorrekturwert, der im Schritt S5 eingestellt wurde, von
dem Wert des Lenkradwinkels, der mit dem Lenkuntersetzungsverhältnis multipliziert
wurde, und gibt ein Subtraktionsergebnis an den Lenkradsteuerabschnitt 11a der Lenksteuereinheit 11 als
Drehwinkelsollwert aus und die Routine kehrt zur Ausgangsposition
zurück.
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Zu lösende Probleme
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Bei
dem Steer-by-Wire-System des Standes der Technik, bei dem das Lenkrad 1 und
der Lenkmechanismus 3 mechanisch voneinander getrennt sind und
das Lenken der lenkbaren Fahrzeugräder unter Verwendung des Lenkaktuators,
wie etwa ein Elektromotor, ausgeführt wird, wird eine Lenkwinkelsteuerung
(Drehwinkelsteuerung) mit dem Lenkradwinkel als Sollwert ausgeführt. Bei
diesem Steer-by-Wire-System
wird die Lenkwinkelsteuerung (Drehwinkelsteuerung) in der Weise
ausgeführt,
dass der Lenkradwinkel mit dem Lenkwinkel (Drehwinkel) der lenkbaren
Fahrzeugräder
in Übereinstimmung
gebracht wird. Somit reagieren die lenkbaren Fahrzeugräder auf
einen winzigen Lenkausschlag über
das Lenkrad. Insbesondere während
einer schnellen Fahrt des Fahrzeugs reagiert das Fahrzeug überempfindlich
auf die Lenkbetätigung über das
Lenkrad. Deswegen ist ein Fahrzeug, in dem das früher vorgeschlagene
Steer-by-Wire-System
angebracht ist, das oben beschrieben wurde, schwierig zu steuern.
Es wird angemerkt, dass bei einem gewöhnlich verfügbaren Lenksystem, bei dem
das Lenkrad und der Lenkmechanismus mit einer Lenkwelle verbunden
sind, die winzige Lenkbetätigung über das
Lenkrad mittels einer Verwindung (Verdrehung) der Lenkwelle absorbiert
wird. Somit tritt das oben beschriebene Problem in dem gewöhnlich verfügbaren Lenksystem
nicht auf.
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In
dem Steer-by-Wire-System können
dagegen als Mittel zum Entwickeln einer Abweichung zwischen dem
Lenkradwinkel und dem Lenkwinkel (oder Drehwinkel) (der Verdrehung)
Mittel zum Verringern einer Antistörcharakteristik der Lenkwinkelsteuerung (Drehwinkelsteuerung)
vorgesehen sein. In diesem Fall ist jedoch die Leistungsfähigkeit
zum Kompensieren einer äußeren Störung, die
sich von der Fahrumgebung unterscheidet (nichtlineare Charakteristiken
des Motors und des Aktuators, Abweichungen ihrer Charakteristiken)
ebenfalls verringert.
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Außerdem wurde
in der JP 2001-191937 A eine Technik vorgeschlagen, bei der zur
Verbesserung der überempfindlichen
Lenkreaktion bei schneller Fahrt eine Fahrzeuggierrate gemessen
wird, eine Sollgierrate aus dem Lenkradwinkel abgeleitet wird und
die Lenkwinkelsteuerung (Drehwinkelsteuerung) der lenkbaren Fahrzeugräder wird
in der Weise ausgeführt,
dass die Sollgierrate mit einer tatsächlichen Gierrate übereinstimmt.
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Im
Stand der Technik, der in der oben beschriebenen Erstveröffentlichung
der japanischen Patentanmeldung beschrieben ist, wird jedoch dann, wenn
bei langsamer Fahrt, bei der die Gierrate nicht gemessen werden
kann, die lenkbaren Fahrzeugräder
infolge des statischen Lenkens am Bordstein angeordnet sind, der übermäßig große Stromsollwert an
den Lenkaktuator ausgegeben, wenn versucht wird, den Lenkwinkel
(Drehwinkel) der lenkbaren Fahrzeugräder mit dem Lenkradwinkel in Übereinstimmung
zu bringen, so dass die Überhitzung
des Motors und seiner Ansteuerschaltung auftritt.
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Lenkwinkel-(Drehwinkel-)Sollwert-Korrekturaktion
gemäß dem Gegenkraftsollwert Bei
dem Lenksystem der ersten Ausführungsform
wird jedoch mit dem Wert des Gegenkraftsollwertes des Lenkgegenkraftaktuators 8,
der mit der Korrekturgewichtung G multipliziert wurde, als Drehwinkelkorrekturwert,
dieser Drehwinkelkorrekturwert von dem Wert des Lenkradwinkels,
der mit dem Lenkuntersetzungsverhältnis multipliziert wurde,
subtrahiert, um den Drehwinkelsollwert für den Lenkaktuator 7 zu
korrigieren.
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Somit
wird dann, wenn die lenkbaren Räder 2, 2 bei
stehendem Fahrzeug während
der Lenkbetätigung
(statisches Lenken) am Bordstein angeordnet sind, ein großer Gegenkraftsollwert
ausgegeben. Demzufolge wird ein Drehwinkelkorrekturwert ebenfalls
groß.
Deswegen ist der Drehwinkelsollwert ein kleinerer Wert als der Wert,
der dem tatsächlichen Lenkradwinkel
entspricht.
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Bei
der Lenkwinkelsteuerung (Drehwinkelsteuerung) wird gewöhnlich der
tatsächliche
Lenkwinkel (Drehwinkel) zurückgeführt und
der Stromsollwert wird groß in
Bezug auf eine Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehwinkel (Lenkwinkel)
und dem Drehwinkel-(Lenkwinkel-)Sollwert. Bei dem Steer-by-Wire-System
des Standes der Technik wird somit dann, wenn die lenkbaren Fahrzeugräder, die am
Bordstein angeordnet sind, nicht weiter in die Richtung zur Vergrößerung des
Lenkwinkels (in die Richtung zum maximalen Lenkausschlag) gelenkt werden
können,
die Differenz zwischen dem tatsächlichen
Drehwinkel und dem Drehwinkelsollwert groß. Dadurch wird der große Stromsollwert
ausgegeben und das Problem der Überhitzung
im Motor und in seiner Ansteuerungsschaltung entsteht.
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In
der ersten Ausführungsform
wird jedoch der eigentliche Lenkwinkelsollwert (Drehwinkelsollwert)
korrigiert. Dadurch wird die Differenz zwischen dem tatsächlichen
Lenkwinkel (Drehwinkel) und dem Drehwinkelsollwert nicht groß. Somit
kann verhindert werden, dass der Stromsollwert in einem solchen Umfang
größer wird,
dass der Motor und seine Ansteuerungsschaltung überhitzt werden.
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Aktion
zur Stabilisierung des Fahrzeugverhaltens (der Fahrzeugbewegung)
bei schneller Fahrt infolge einer Drehwinkelkorrektur Außerdem ist dann,
wenn während
der schnellen Fahrt des Fahrzeugs die Fahrbahngegenkraft (ein selbstausrichtendes
Moment) groß ist
und der Gegenkraftsollwert groß ist,
der Drehwinkelkorrekturwert dementsprechend groß. Außerdem wird der Drehwinkelkorrekturwert
von dem Lenkradwinkel subtrahiert, selbst wenn das Lenkrad 1 betätigt wird.
Deswegen wird der Drehwinkelsollwert ein kleinerer Wert als der
tatsächliche
Lenkradwinkel. Wenn das Lenkrad 1 bei schneller Fahrt des
Fahrzeugs betätigt
wird, kann dadurch das überempfindliche
Verhalten des Lenkwinkels (Drehwinkels) der lenkbaren Fahrzeugräder 2, 2 verringert
werden und ein stabiler Fahrzeuglauf kann erreicht werden.
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Aktion zur Verbesserung
der Lenkreaktionscharakteristiken bei langsamer Fahrt des Fahrzeugs
durch Drehwinkelkorrektur
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Wenn
die Fahrzeuggeschwindigkeit dagegen niedrig ist und das selbstausrichtende
Moment klein ist, ist der Drehwinkelkorrekturwert ebenfalls klein
und näherungsweise
der gleiche Winkel wie der Lenkradwinkel bildet den Lenkwinkel-(Drehwinkel-)Sollwert.
Wenn das Fahrzeug an einer Straßenkreuzung
nach links oder rechts fährt,
besitzt das Fahrzeug eine ausreichend schnelle Reaktionscharakteristik
auf die Lenkbetätigung über das
Lenkrad 1 und es ist nicht erforderlich, das Lenkrad 1 stärker als notwendig
einzuschlagen. Mit anderen Worten, der Drehwinkelsollwert wird unter
Berücksichtigung
der Verhältnisse
der Fahrbahnoberfläche
verändert.
Somit kann bei einem kostengünstigen
Lenksystem, das keinen Gierratensensor aufweist, ein Verwindungsverhalten ähnlich der
Lenkwelle in dem gewöhnlich
verfügbaren
Lenksystem reproduziert werden.
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Unterschied zum Lenksystem
mit elektrischer Servounterstützung
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In
JP 2000-072006 A, das am 7. März
2000 veröffentlicht
wurde, ist eine Technik beschrieben, bei der eine Überhitzung
des Motors in dem Lenksystem mit elektrischer Servounterstützung abgeschätzt und ein
Grenzwert des Stromsollwertes verändert wird. Diese Tech nik begrenzt
jedoch eine Verringerung der Lenkbelastung, die bei dem Lenksystem
mit elektrischer Servounterstützung
natürlich
erfolgt, infolge des Schutzes des bereits überhitzten Motors.
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Bei
dem Steer-by-Wire-System ist dagegen die Begrenzung des Stromsollwertes
für den
Lenkaktuator (Drehaktuator) vom Standpunkt der Sicherheit nicht
bevorzugt. Wenn der Motor z. B. infolge der Fahrt auf Bergstraßen überhitzt
ist und der Sollwert begrenzt wird, besteht eine Möglichkeit,
dass keine ausreichende Lenkung ausgeführt werden kann.
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Bei
dem Steer-by-Wire-System ist es deswegen erforderlich, eine Verarbeitung
auszuführen,
so dass möglichst
kein unnützer
Strom fließt,
damit der Motor nicht überhitzt
wird. Wenn der Motor überhitzt sein
sollte, wird der Stromsollwert nicht begrenzt, es sollte jedoch
eine solche Verarbeitung ausgeführt werden,
dass die Fahrzeuggeschwindigkeit zwangsläufig verringert wird.
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Anschließend werden
Vorteile des Lenksystems der ersten Ausführungsform beschrieben.
- (1) Bei dem Fahrzeuglenksystem in der ersten Ausführungsform
sind in dem Lenkmechanismus 3 zum Drehen (Lenken) von lenkbaren
Fahrzeugrädern 2, 2 das
Lenkrad 1, das von dem Lenkmechanismus 3 mechanisch
getrennt ist, der Gegenkraftaktuator 6, der die Lenkgegenkraft
an das Lenkrad 1 überträgt, und
der Lenkaktuator 7, der den Lenkmechanismus 3 anhand
des Drehwinkelsollwerts, der mit dem Lenkradwinkel übereinstimmt,
ansteuert, ein Drehwinkelkorrekturwert-Einstellteil (-Einstellabschnitt),
der geeignet ist, der Drehwinkelkorrekturwert anhand des Gegenkraftsollwertes
einzustellen, und der Drehwinkelsollwert-Einstellabschnitt, der
geeignet ist, den Drehwinkelkorrekturwert von dem Drehwinkelsollwert
zu subtrahieren, vorgesehen. Dabei bewirkt der Drehwinkelkorrekturwert-Einstellabschnitt 10c,
dass der Drehwinkelkorrekturwert größer wird, wenn der Gegenkraftsollwert
größer wird. Wenn
der Fall eintritt, dass es auf Grund des Vorhandenseins eines Bordsteins
unmöglich
wird, die lenkbaren Fahrzeugräder 2, 2 in
Rich tung der Vergrößerung des
Lenkwinkels (zum maximalen Lenkwinkel) zu lenken, können dadurch
das Auftreten eines übermäßig großen Drehwinkelsollwertes
und die Überhitzung
des Lenkaktuators 7 verhindert werden.
- (2) Da der Drehwinkelkorrekturwert-Einstellteil(-abschnitt) 10c die
Korrekturgewichtung G (Konstante) mit dem Gegenkraftsollwert multipliziert,
um den Drehwinkelkorrekturwert einzustellen, kann der Drehwinkelsollwert
korrigiert werden, wobei die Verhältnisse der Fahrbahnoberfläche (selbstausrichtendes
Moment) wiedergegeben werden. Das Verdrehverhalten, das dem Verhalten
gleichwertig ist, das in der Lenkwelle des gewöhnlich verfügbaren Systems zur Fahrzeuglenkung
auftritt, kann reproduziert werden.
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Anschließend wird
eine zweite bevorzugte Ausführungsform
des Systems zur Fahrzeuglenkung beschrieben. In der zweiten Ausführungsform
wird der Wert der Korrekturgewichtung G gemäß einer Fahrsituation des Fahrzeugs
verändert.
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4 zeigt
einen Steuerblockschaltplan, der eine Lenkgegenkraft-Steuereinheit 10' und eine Lenksteuereinheit 11 in
der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
Die Lenkgegenkraft-Steuereinheit 10' der zweiten
Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dahingehend, dass in
dem Drehwinkelkorrekturwert-Einstellabschnitt 10c die Korrekturgewichtung
G anhand einer Fahrzeuggeschwindigkeit V und des Lenkradwinkels θ eingestellt
wird. Der weitere Aufbau des Lenksystems ist gleich dem in der ersten
Ausführungsform beschriebenen
Aufbau. Deswegen bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie diejenigen,
die in der ersten Ausführungsform
beschrieben wurden, gleiche Komponenten, wobei deren genaue Beschreibung
hier weggelassen wird.
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Der
Lenkwinkelkorrekturwert-Einstellabschnitt 10c' vergleicht
eine erste Gewichtung Gv, die von einer Zuordnung erhalten wird,
die in 5 gezeigt ist, mit der zweiten Gewichtung Gθ,
die durch Bezugnahme auf eine Zuordnung erhalten wird, die in 6 gezeigt
ist, und legt die größere der
beiden Gewichtungen als die Korrekturgewichtung G fest, wobei die
Korrekturgewichtung G mit dem Gegenkraftsollwert multipliziert wird,
um den Drehwinkelkorrekturwert einzustellen. Es wird angemerkt,
dass dann, wenn Gv = Gθ, die erste Gewichtung
Gv als Korrekturgewichtung G festgelegt wird.
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5 zeigt
eine Einstellzuordnung, die die Gewichtung Gv in Abhängigkeit
von der Fahrzeuggeschwindigkeit V zeigt. Diese in 5 gezeigte
Zuordnung ist derart, dass dann, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
V größer wird,
die Gewichtung Gv größer wird.
Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V vergrößert wird, wird somit der Drehwinkelkorrekturwert größer. Der
Drehwinkelsollwert wird kleiner als ein Wert des Drehwinkelsollwertes,
der dem tatsächlichen
Lenkradwinkel θ entspricht.
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6 zeigt
eine Einstellzuordnung, die die Gewichtung Gθ in
Abhängigkeit
von dem Lenkradwinkel θ zeigt.
Diese Zuordnung ist derart, dass dann, wenn der Lenkradwinkel θ größer (breiter)
wird, die Gewichtung Gθ kleiner wird. Wenn der
Lenkradwinkel θ kleiner
wird, wird somit der Drehwinkelkorrekturwert größer. Der Drehwinkelsollwert
wird kleiner als ein Wert des Drehwinkelsollwertes, der dem tatsächlichen
Lenkradwinkel θ entspricht.
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Anschließend wird
eine Aktion der zweiten Ausführungsform
beschrieben.
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Vorgang der
Drehwinkelkorrekturwert-Korrektursteuerung
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7 zeigt
einen Ablaufplan, der einen Ablauf des Vorgangs der Drehwinkelkorrekturwert-Korrektursteuerung
repräsentiert,
der in der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in
der Lenkgegenkraft-Steuereinheit 10' ausgeführt wird. Da die Schritte S12
bis S1A von 7 die gleichen Vorgänge ausführen wie
die Schritte S2 bis S4 in 3 und der
Schritt S20 in 7 den gleichen Vorgang ausführt wie
der Schritt S6 in 3, wird deren genaue Beschreibung
weggelassen und es werden lediglich abweichende Schritte beschrieben.
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Im
Schritt S11 wird in die Gegenkraft-Schätzeinrichtung 10a der
Lenkradwinkel θ und
die Zahnstangenaxialkraft eingegeben und in den Drehwinkelkorrekturwert-Einstellabschnitt 10c' werden die
Fahrzeuggeschwindigkeit V und der Lenkradwinkel θ eingegeben. Die Routine geht
zu einem Schritt S12.
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Im
Schritt S15 nimmt der Drehwinkelkorrekturwert-Einstellabschnitt 10c' auf die in 5 gezeigte
Zuordnung Bezug, um aus der im Schritt S11 eingegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit
V eine Gewichtung (erste Gewichtung) Gv zu berechnen, die der Fahrzeuggeschwindigkeit
V entspricht. Anschließend
geht die Routine zum Schritt S16.
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Im
Schritt S16 nimmt die Drehwinkelkorrekturwert-Einstellabschnitt 10c' auf die in 6 gezeigte
Zuordnung Bezug, um aus dem im Schritt S11 eingegebenen Lenkradwinkel θ eine Gewichtung
(zweite Gewichtung) Gθ zu berechnen, die dem
Lenkradwinkel θ entspricht.
Anschließend
geht die Routine zum Schritt S17. Im Schritt S17 stellt der Drehwinkelkorrekturwert-Einstellabschnitt 10c' fest, ob die
im Schritt S15 berechnete Gewichtung Gv größer oder gleich der im Schritt
S16 berechneten Gewichtung Gθ ist. Wenn das der Fall
ist, geht die Routine zu einem Schritt S18. Wenn das nicht der Fall
ist, geht die Routine zu einem Schritt S19.
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Im
Schritt S18 legt der Drehwinkelkorrekturwert-Einstellabschnitt (-Einstellteil) 10c' die im Schritt S15
berechnete Gewichtung Gv als Korrekturgewichtung G fest und multipliziert
den im Schritt S13 berechneten Gegenkraftsollwert mit der Korrekturgewichtung
G. Anschließend
geht die Routine zu einem Schritt S20. Im Schritt S19 legt der Drehwinkelkorrekturwert-Einstellabschnitt
(-Einstellteil) 10c' dagegen die
im Schritt S16 berechnete Gewichtung Gθ als
Korrekturgewichtung G fest und multipliziert den Gegenkraftsollwert
mit der Korrekturgewichtung G, um den Drehwinkelkorrekturwert einzustellen.
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Im
Ablaufplan, der in 7 gezeigt ist, werden im Schritt
S17 die erste Gewichtung Gv, die sich in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit
V ändert,
und die zweite Gewichtung Gθ, die sich in Abhängigkeit
vom Lenkradwinkel θ ändert, miteinander verglichen
und nachdem die größere als
Korrekturgewichtung G festgelegt wurde, wird der Drehwinkelsollwert
korrigiert. Es wird angemerkt, dass dann, wenn Gv = Gθ,
Gv als Korrekturgewichtung G festgelegt wird.
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Fahrzeugverhalten-(Bewegungs-
oder Dynamik-)Stabilitätsaktion
bei schneller Fahrt
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Bei
schneller Fahrt besteht die Forderung, dass eine Lenkreaktion gering
gehalten wird, wenn eine Fahrzeugstabilität berücksichtigt werden soll. Da
in der zweiten Ausführungsform
der Drehwinkelkorrekturwert größer wird,
wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V zunimmt, wird der Drehwinkelsollwert
für den
Lenkradwinkel auf einem kleinen Wert gehalten. Demzufolge kann eine
Fahrzeugreaktion gering gehalten werden. Da außerdem der Lenkradwinkel θ im Allgemeinen
während
schneller Fahrt klein ist, kann der Drehwinkelsollwert infolge des
großen
Drehwinkelkorrekturwertes auf einem kleinen Wert gehalten werden.
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Aktion zur Verbesserung
der Charakteristiken der Lenkreaktion bei langsamer Fahrt
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Bei
einer Situation, in der das Fahrzeug mit niedriger Geschwindigkeit
fährt,
wie etwa eine Linkskurve oder Rechtkurve an einer Straßenkreuzung oder
die Einfahrt in eine Parkbucht, wird der Lenkradwinkel θ groß. Bei einer
derartigen Situation gibt es, wie oben beschrieben wurde, die geringste
Möglichkeit,
dass das Fahrzeugverhalten durch die Betätigung des Lenkrads 1 instabil
wird und es ist vorzuziehen, dass die lenkbaren Räder 2, 2 gemäß dem Lenkradwinkel θ gelenkt
werden.
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In
der zweiten Ausführungsform
wird der Drehwinkelkorrekturwert kleiner gemacht, wenn der Lenkradwinkel θ größer wird,
und der Lenkwinkelkorrekturwert wird kleiner gemacht, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
V kleiner wird. Deswegen nähert sich
während
der Rechtskurve oder Linkskurve an der Straßenkreuzung oder an der Einfahrt
der Parkbucht der Drehwinkel der lenkbaren Räder 2, 2 dem Lenkradwinkel θ, so dass
eine gute Lenkreaktionscharakteristik gewährleistet werden kann.
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Anschließend werden
Vorteile des Lenksystems gemäß der Erfindung
beschrieben. Bei dem Fahrzeuglenksystem können in der zweiten Ausführungsform
zusätzlich
zu den Vorteilen (1) und (2) der ersten Ausführungsform die folgenden Vorteile
erreicht werden.
- (3) Da der Drehwinkelkorrekturwert-Einstellabschnitt 10c' den Drehwinkelkorrekturwert
in Abhängigkeit
vom Fahrzustand des Fahrzeugs ändert,
kann eine optimale Lenkreaktionscharakteristik gemäß dem Fahrzustand
eingestellt werden.
- (4) Da der Drehwinkelkorrekturwert-Einstellabschnitt 10c' die Korrekturgewichtung
Gv größer macht,
wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V zunimmt, werden die Verbesserung
der Stabilität des
Fahrzeugverhaltens bei schneller Fahrt und die Verbesserung der
Lenkreaktionscharakteristiken bei langsamer Fahrt sehr gut vergleichbar.
- (5) Da der Drehwinkelkorrekturwert-Einstellabschnitt 10c' den Wert der
Korrekturgewichtung Gθ kleiner macht, wenn
der Lenkradwinkel θ größer wird,
werden die Verbesserung der Stabilität des Fahrzeugverhaltens bei
schneller Fahrt und die Lenkreaktionscharakteristiken bei langsamer Fahrt
sehr gut vergleichbar.
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Weitere Ausführungsformen
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Wie
oben beschrieben wurde, basieren die besten bevorzugten Ausführungsformen
zum Ausführen
der Erfindung auf der ersten und der zweiten bevorzugten Ausführungsform.
Der spezielle Aufbau der Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Verschiedene Änderungen
und Modifikationen können
ausgeführt
werden, ohne von Umfang und Gedanken der Erfindung abzuweichen.
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In
der ersten und der zweiten Ausführungsform
sind z. B. sowohl die Drehwinkelkorrekturwert-Einstellmittel (Drehwinkelkorrekturwert-Einstellabschnitt 10c, 10c') als auch die
Drehwinkelsollwert-Korrekturmittel (Drehwinkelsollwert-Korrekturabschnitt 6B)
in der Lenkgegenkraft-Steuereinheit 10 installiert. Die
Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Diese Abschnitte können in
der Lenksteuereinheit 11 installiert sein. Diese Abschnitte
können außerdem unabhängig von
diesen Steuereinheiten 10, 11 installiert sein.
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In
der ersten und der zweiten Ausführungsform
ist das Beispiel gezeigt, bei dem die Fahrbahn-(Oberflächen-)Gegenkraft,
auf die das Lenksystem reagiert, aus der Zahnstangenaxialkraft berechnet
wird. Die Fahrbahnkraft kann auf der Grundlage eines Motorspannungswertes
und eines Motorstromwertes des Lenkaktuators 7 geschätzt werden.
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In
der zweiten Ausführungsform
wird die Korrekturgewichtung G in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit
V und dem Lenkradwinkel θ geändert. Die
Korrekturgewichtung G kann in Abhängigkeit von anderen Fahrzuständen des
Fahrzeuges geändert
werden, wie etwa die Fahrzeugbeschleunigung, die Lenk-Winkelgeschwindigkeit
des Lenkrads 1, eine Seitenbeschleunigung und/oder ein Rutschwinkel
der Fahrzeugkarosserie.
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Der
Umfang der Erfindung ist unter Bezugnahme auf die folgenden Ansprüche definiert.