DE102005049042A1 - Lenkungsvorrichtung für ein lenkbares Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Eine Lenkungsvorrichtung für ein lenkbares Fahrzeug umfasst einen Lenk-Aktuator (6), eine Lenk-Eingabeeinheit (1, 8), einen Störgrößen-Bestimmungsbereich (18, 19; 46a, 46d) und einen Lenk-Regler (16, 46). Der Lenk-Aktuator (6) ist ausgelegt, um einen Lenkaufwand zu erzeugen, um die Lenk-Ausgabe des Fahrzeugs gemäß eines Lenk-Aufwandbefehls zu regulieren. Die Lenk-Eingabeeinheit (1, 8) ist ausgelegt, um eine Lenk-Eingabe festzulegen. Der Störgrößen-Bestimmungsbereich (18, 19; 46h, 46d) ist ausgelegt, um einen Störgrößen-Indikator zu bestimmen, der einen Störgrößen-Eingang am Fahrzeug anzeigt. Der Lenk-Regler (16, 46) ist ausgelegt, um das Folgende auszuführen: Festlegen einer gewünschten Lenk-Ausgabe gemäß der Lenk-Eingabe; Festlegen des Lenk-Aufwand-Befehls gemäß der gewünschten Lenk-Ausgabe; Einstellen des Lenk-Aufwand-Befehls gemäß des Stellgrößen-Indikators und Ausgeben des eingestellten Lenk-Aufwand-Befehls zum Lenk-Aktuator (6).

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Lenkungssysteme für lenkbare Fahrzeuge, und insbesondere auf ein elektrisches Lenksystem bzw. Steer-by-wire-System für ein lenkbares Fahrzeug.
  • Eine veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 10-310074 (nachstehend als "JP10-310074" bezeichnet) stellt eine Steer-by-wire-Vorrichtung dar, die ausgelegt wurde, um die Lenktätigkeit bezüglich einer Abweichung zwischen einem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel, und bezüglich einer Lenklast zu steuern bzw. regeln, und insbesondere dazu ausgelegt, um die Lenktätigkeit durch Bestimmen des Ausmaßes einer gesteuerten bzw. geregelten Lenk-Variablen in der Weise zu steuern, um somit die Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel auf Null zu regulieren.
  • Die elektrisch gelenkte Vorrichtung, die in der JP 10-310074 dargestellt ist, ist ausgelegt, um schnell auf den gewünschten Laufrad-Lenkwinkel zu reagieren, so dass der tatsächliche Laufrad-Lenkwinkel im Wesentlichen konstant identisch mit dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel ist, welcher äquivalent dazu ist, dass die Lenksteifigkeit der Steer-by-wire-Vorrichtung unendlich groß ist. Folglich ist es möglich, dass die Steer-by-wire-Vorrichtung der JP 10-310074 eine natürliche Torsion zwischen einem Lenk-Eingabebereich und einem Lenk-Ausgabebereich in einer typischen mechanischen Lenkvorrichtung gemäß einer Störgröße wie eine Last zum Lenk-Ausgabebereich mit ausreichender Genauigkeit nicht nachbildet. Da die äquivalente Lenksteifigkeit der Steer-by-wire-Vorrichtung der JP 10-310074 größer als oben erwähnt ist, kann das Fahrzeug auf einer kurvigen Straße in eine übersteuerte Tendenz fallen, so dass der Schräglaufwinkel des Fahrzeugs übermäßig zunehmen kann, um die Fahrstabilität des Fahrzeugs nachteilig zu beeinflussen. Außerdem kann die hohe Lenksteifigkeit das Lenkgefühl und den Komfort auf einer unebenen Straße, welligen Straße oder ausgefahrenen Straße nachteilig beeinflussen.
    •
  • Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine geeignete Torsion zwischen einem Lenk-Eingabebereich und einem Lenk-Ausgabebereich in einem Steer-by-wire-System zu schaffen, um das Lenkgefühl und den Komfort zu verbessern.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 21. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
  • Eine Lenkungsvorrichtung für ein lenkbares Fahrzeug gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung mit:
    einem Lenk-Aktuator, der ausgelegt ist, um einen Lenkaufwand zu erzeugen, um eine Lenk-Ausgabe des Fahrzeugs gemäß eines Lenk-Aufwand-Befehls zu regulieren; eine Lenk-Eingabeeinheit, die ausgelegt ist, um eine Lenk-Eingabe festzulegen; einen Störgrößen-Bestimmungsbereich, der ausgelegt ist, um einen Störgrößen-Indikator zu bestimmen, der eine Störgrößeneingabe am Fahrzeug anzeigt; und einen Lenk-Regler, der zur Signalkommunikation mit dem Lenk-Aktuator der Lenk-Eingabeeinheit und dem Störgrößen-Bestimmungsbereich verbunden und ausgelegt ist, um das Folgende auszuführen:
    Festlegen einer gewünschten Lenk-Ausgabe gemäß der Lenk-Eingabe; Festlegen des Lenk-Aufwandbefehls gemäß der gewünschten Lenk-Ausgabe; Einstellen des Lenk-Aufwandbefehls gemäß des Störgrößen-Indikators; und Ausgeben des eingestellten Lenk-Aufwandbefehls zum Lenk-Aktuator.
  • Eine Lenkungsvorrichtung für ein lenkbares Fahrzeug gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung umfasst:
    eine Lenk-Aktuatorvorrichtung zum Erzeugen eines Lenk- Aufwands, um eine Lenk-Ausgabe des Fahrzeugs gemäß eines Lenk-Aufwandbefehls zu regulieren; Lenk-Eingabevorrichtung zum Festlegen einer Lenk-Eingabe; Störgrößen-Bestimmungsvorrichtung zum Bestimmen eines Störgrößen-Indikators und Lenk-Steuer-/Regelvorrichtung zum Ausführen des Folgenden:
    Einstellen einer gewünschten Lenk-Ausgabe gemäß der Lenk-Eingabe; Festlegen des Lenk-Aufwandbefehls gemäß der gewünschten Lenk-Ausgabe; Einstellen des Lenk-Aufwandbefehls gemäß des Störgrößen-Indikators; und Ausgeben des eingestellten Lenk-Aufwandbefehls zur Lenk-Aktuatorvorrichtung.
  • Ein Verfahren zum Steuern eines lenkbaren Fahrzeugs gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung mit einem Lenk-Aktuator, der ausgelegt ist, um einen Lenk-Aufwand zu erzeugen, um eine Lenk-Ausgabe des Fahrzeugs gemäß eines Lenk-Aufwandbefehls zu regulieren; eine Lenk-Eingabe-Einheit, die ausgelegt ist, um eine Lenk-Eingabe festzulegen; und einem Störgrößen-Bestimmungsbereich, der ausgelegt ist, um einen Störgrößen-Indikator zu bestimmen, der eine Störgrößeneingabe am Fahrzeug anzeigt, wobei das Verfahren folgendes aufweist:
    Einstellen einer gewünschten Lenk-Ausgabe gemäß der Lenk-Eingabe; Festlegen des Lenk-Aufwandbefehls gemäß der gewünschten Lenk-Ausgabe; Einstellen des Lenk-Aufwandbefehls gemäß des Störgrößen-Indikators; und Ausgeben des eingestellten Lenk-Aufwandbefehls zum Lenk-Aktuator.
    •
  • Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnung. Darin zeigt:
  • 1 ein schematisches Diagramm, das ein Kraftfahrzeug mit einer Lenkungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
  • 2 ein schematisches Blockdiagramm, das die Lenkungsvorrichtung von 1 darstellt.
  • 3 ein System-Blockdiagramm, das einen Motor-Steuer- bzw. Regelungsbefehl-Bestimmungsbereich eines Lenk-Rückführreglers der Lenkungsvorrichtung von 1 darstellt.
  • 4A bis 4C sind Ansichten, die beispielhafte Einstellungen der Verstärkungen Ka, Ks und einen Grenzwert Ls für den Lenk-Motorsteuerbefehl-Bestimmungsbereich von 3 darstellen.
  • 5 ist ein System-Blockdiagramm, das ein Lenk-Ausgabesteuer/Regelsystem darstellt, das mit einer stabilen Modellanpassungstechnik bzw. -verfahren gemäß der ersten Ausführungsform erstellt wurde.
  • 6 ist ein Ablaufdiagramm, das einen durch einen Lenk-Ausgaberegler auszuführenden Lenk-Ausgabesteuer/Regelablauf der Lenkvorrichtung aus 1 darstellt.
  • 7 ist eine Ansicht, die eine beispielhafte Reaktion eines tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkels gemäß der ersten Ausführungsform und eine Reaktion eines tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkels gemäß einer Referenzausführung bezüglich eines gewünschten Laufrad-Lenkwinkels darstellt, wo eine Störgröße zum gelenkten Laufrad eingegeben ist.
  • 8 ist ein System-Blockdiagramm, das ein Lenk-Ausgabesteuersystem darstellt, das mit einer stabilen Modellanpassungstechnik gemäß einer zweiten Ausführungsform erstellt ist.
  • 9 ist ein Ablaufdiagramm, das einen durch einen Lenk-Ausgaberegler auszuführenden Lenk-Ausgabesteuerungsablauf der Lenkungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform darstellt.
  • 10 ist ein System-Blockdiagramm, das ein Lenk-Ausgabesteuersystem mit einer Steuerung bzw. Regelung mit zwei Freiheitsgraden mit einem Vorwärts- bzw. Feedforward-Kompensator und einem Rückführ- bzw. Feeback-Kompensator gemäß einer ersten Änderung einer dritten Ausführungsform darstellt.
  • 11 ist ein System-Blockdiagramm, das ein Lenk-Ausgabesteuersystem mit einer Steuerung mit zwei Freiheitsgraden mit einem Feedforward-Kompensator und einem Feedback-Kompensator gemäß einer zweiten Änderung der dritten Ausführungsform darstellt.
  • 12 ist eine schematische Ansicht, die ein Kraftfahrzeug mit einer Lenkungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt.
  • 13 ist ein schematisches Blockdiagramm, das die Lenkungsvorrichtung von 12 darstellt.
  • 14 ist ein System-Blockdiagramm, das ein Lenk-Ausgabesteuersystem gemäß der vierten Ausführungsform darstellt.
  • 15 ist ein System-Blockdiagramm, das ein Lenk-Ausgabesteuersystem darstellt, das mit einer Modellanpassungstechnik gemäß einer Referenzausführungsform erstellt ist.
  • 16 ist ein Ablaufdiagramm, das einen durch einen Lenk-Ausgaberegler auszuführenden Lenk-Ausgabesteuerablauf der Lenkungsvorrichtung der vierten Ausführungsform darstellt.
  • 17 ist eine schematische Ansicht, die ein Lenkungssystem darstellt, wo ein Lenkrad mit den gelenkten Laufrädern mechanisch verbunden ist.
  • 18 ist eine schematische Ansicht, die eine Lenkwelle im Lenkungssystem von 17 darstellt.
  • 19 ist eine Ansicht, die eine beispielhafte Reaktion eines tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkels bei einer Steuerung/Regelung ohne Störgrößenausgleich gemäß der vierten Ausführungsform und eine Reaktion eines tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkels gemäß einer Referenzausführungsform bezüglich eines gewünschten Laufrad-Lenkwinkels darstellt, wo Fehler im Lenk-Ausgabesteuersystem vorhanden sind.
  • 20 ist eine Ansicht, die eine beispielhafte Reaktion eines tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkels bei einer Steuerung mit dem Störgrößenausgleich gemäß der vierten Ausführungsform und eine Reaktion eines tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkels gemäß einer Referenzausführungsform bezüglich eines gewünschten Laufrad-Lenkwinkels darstellt, wo Fehler im Lenk-Ausgabesteuersystem vorhanden sind.
  • 21A und 21B sind Ansichten, die eine beispielhafte Reaktion eines tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkels bei einer Steuerung ohne Feedback-Ausgleich gemäß der vierten Ausführungsform und eine Reaktion eines tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkels gemäß einer Referenzausführung bezüglich eines gewünschten Laufrad-Lenkwinkels darstellt, wo die Störgröße in das Lenk-Ausgabesteuersystem eingegeben ist.
  • 22 ist eine Ansicht, die eine beispielhafte Reaktion eines tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkels bei einer Steuerung mit dem Störgrößenausgleich bezüglich eines gewünschten Laufrad-Lenkwinkels gemäß der vierten Ausführungsform darstellt.
  • 23 ist ein System-Blockdiagramm, das ein Lenk-Ausgabesteuersystem gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt.
  • 24 ist eine Ansicht, die ein Kennfeld zum Festlegen eines Begrenzerwertes Lfb darstellt.
  • 25 ist ein Ablaufdiagramm, das einen durch einen Lenk-Ausgaberegler auszuführenden Lenk-Ausgabesteuerablauf der Lenkungsvorrichtung der fünften Ausführungsform darstellt.
  • Gemäß der 1 bis 7 wird eine Lenkungsvorrichtung für ein lenkbares Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt. 1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Kraftfahrzeug mit einer Lenkungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt. 2 ist ein schematisches Blockdiagramm, das die Lenkungsvorrichtung von 1 darstellt. Wie in 1 dargestellt, ist die Lenkungsvorrichtung der ersten Ausführungsform eine Steer-by-wire-Vorrichtung mit einer Lenk-Rückführeinheit 3 (Lenk-Eingabeeinheit) zur Lenk-Eingabe, und einer Lenk-Ausgabeeinheit 7 zur Lenk-Ausgabe, wo eine Lenk-Rückführeinheit 3 und eine Lenk-Ausgabeeinheit 7 mechanisch voneinander getrennt sind. Die Lenk-Rückführeinheit 3 umfasst ein Lenkrad 1, und einen Lenk-Rückführaktuator 2 (Feedback-Aktuator) zum Zuführen eines Feedbacks zum Lenkrad 1. Die Lenk-Ausgabeeinheit 7 umfasst einen Lenk-Ausgabeaktuator 6 (Lenk-Aktuator) zum Lenken der lenkbaren Laufräder 4 und 5.
  • Insbesondere umfasst die Lenk-Rückführeinheit 3 ein Lenkrad 1, eine Lenksäulenwelle 8, und einen Lenk-Rückführaktuator 2, um die Lenksäulenwelle 8 anzutreiben oder zu drehen. Der Lenk-Rückführaktuator 2 umfasst einen geregelten Elektromotor bzw. einen Elektromotor zur Regelungsanwendung und einen drehzahlreduzierenden Getriebemechanismus, der zur Drehzahlreduzierung mit dem Elektromotor verbunden ist. Ein Rückführ-Motorpositionssensor 9 ist vorgesehen und erstellt, um die Winkelposition der Ausgangswelle des Elektromotors zu messen. Der Rückführ-Motorpositionssensor 9 wird verwendet, um die Motorposition zu steuern, und als ein Lenkradwinkel-Ermittlungsbereich verwendet, um einen tatsächlichen Lenkradwinkel θs des Lenkrades 1 als Lenkeingabe zu messen. Der tatsächliche Lenkradwinkel θs kann durch einen weiteren Sensor zum direkten Erfassen der Winkelposition des Lenkrades 1 gemessen werden.
  • Ein Lenk-Rückführregler 10 ist vorgesehen und als eine elektrische Steuereinheit erstellt, um den Lenk-Rückführaktuator 2 zu steuern. Der Lenk-Rückführregler 10 ist erstellt, um die Eingabedaten vom Rückführmotorpositionssensor 9 und von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 11 zum Messen einer Fahr- oder Längsgeschwindigkeit V des Fahrzeugs zu empfangen. Der Lenk-Rückführregler 10 umfasst einen gewünschten Laufrad-Lenkwinkel-Bestimmungsbereich, Rückführ-Motorsteuerbefehl-Bestimmungsbereich, und einen Rückführ-Motorantriebsbereich. Der gewünschte Laufrad-Lenkwinkel-Bestimmungsbereich ist ausgelegt, um einen gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta als gewünschte Lenkausgabe gemäß des tatsächlichen oder gemessenen Lenkradwinkels θs und der Fahrzeuggeschwindigkeit V zu berechnen. Der Rückführ-Motorsteuerbefehl-Bestimmungsbereich ist ausgelegt, um einen Motorsteuerbefehl Tms (Lenk-Rückführbefehl) durch Addieren eines Lenkeingabe-abhängigen Motorsteuerbefehls Is und eines Lenkausgabe-abhängigen Motorsteuerbefehls Its zu berechnen, um einen Basisrückführ-Motorsteuerbefehl Isa zu erhalten, und durch Ausführen eines Begrenzerablaufs am Basisrückführ-Motorsteuerbefehl Isa zu berechnen. Der Rückführ-Motorantriebsbereich umfasst einen Motorantriebsschaltkreis, der den Rückführ-Motorsteuerbefehl Tms in einen Antriebsstrombefehl zum Elektromotor des Lenk- Rückführaktuators 2 umwandelt.
  • Die Lenk-Ausgabeeinheit 7 umfasst lenkbare Laufräder 4, 5, einen Lenkgetriebemechanismus 12, der mit den lenkbaren Laufrädern 4, 5 über eine Zahnstangenwelle 13 verbunden ist, und einen Lenk-Ausgabeaktuator 6 zum Antreiben des Lenkgetriebemechanismus 12.
  • Wie der Lenk-Rückführaktuator 2 umfasst der Lenk-Ausgabeaktuator 6 einen Elektromotor zur Regelungsanwendung und einen drehzahlreduzierenden Getriebemechanismus, der zur Drehzahlreduzierung mit dem Elektromotor verbunden ist. Ein Lenk-Motorpositionssensor 15 (Lenkausgabesensor) ist vorgesehen und ausgelegt, um die Winkelposition der Ausgabewelle des Elektromotors zu messen. Der Lenk-Motorpositionssensor 15 wird verwendet, um die Motorposition zu steuern, und als ein Laufrad-Lenkwinkel-Ermittlungsbereich und als ein Laufrad-Lenkwinkelverhältnis-Ermittlungsbereich verwendet, um einen tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt und das Änderungsverhältnis der lenkbaren Laufräder 4, 5 zu messen.
  • Ein Lenk-Ausgabesteuergerät bzw. -regler 16 (Lenkregler) ist vorgesehen und als elektrische Steuereinheit ausgelegt, um den Lenk-Ausgabeaktuator 6 zu steuern. Der Lenk-Ausgaberegler 16 ist mit dem Lenk-Rückführregler 10 mit einer bidirektionalen Verbindungsleitung 17 zum gegenseitigen Datenaustausch verbunden. Der Lenk-Ausgaberegler 16 ist ausgelegt, um Eingabedaten vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 11, Lenk-Motorpositionssensor 15, einem Fahrzeug-Schräglaufwinkelsensor 18, und einem externen Kraftsensor 19 zu empfangen. Der Fahrzeug-Schräglaufwinkelsensor 18 ist ausgelegt, um einen Schiebewinkel bzw. Drift- oder Rutschwinkel des Fahrzeugs zu messen. Insbesondere umfasst der Fahrzeug-Schräglaufwinkelsensor 18 einen Seitenbeschleunigungssensor und einen Sensor für die Größe des Gierwinkels bzw. Gierwinkelverhältnis zum Sammeln der benötigten Daten, um einen tatsächlichen Fahrzeug-Schräglaufwinkel β zu berechnen. Der externe Kraftsensor 19 ist ausgelegt, um die auf die lenkbaren Laufräder 4, 5 aufgebrachten externen Kräfte zu messen. Insbesondere umfasst der externe Kraftsensor 19 einen Axialkraftsensor, um eine Axialkraft (oder Lenkaufwand) an der Zahnstangenwelle 13 zu messen. Der Lenk-Ausgaberegler 16 umfasst einen Hindernis-Kontakt-Bestimmungsbereich, Lenk-Motorsteuerbefehl-Bestimmungsbereich, und Lenk-Motor-Antriebsbereich. Der Hindernis-Kontakt-Bestimmungsbereich ist ausgelegt, um zu bestimmen, ob die lenkbaren Laufräder 4, 5 mit einem Hindernis, wie zum Beispiel einem Bordstein, in Kontakt sind oder nicht. Der Lenk-Motorsteuerbefehl-Bestimmungsbereich ist ausgelegt, um im Wesentlichen einen Lenk-Motorsteuerbefehl durch Subtrahieren der Ausgabe eines stabilen Kompensators von der Ausgabe eines Modellanpassungskompensators, um einen Basis-Lenk-Motorsteuerbefehl zu erhalten, und durch Begrenzen des Basis-Lenk-Motorstrombefehls innerhalb einer oberen Grenze zu berechnen. Der Lenk-Motorantriebsbereich umfasst einen Motorantriebsschaltkreis, der den Lenk-Motorsteuerbefehl in einen Antriebs-Strombefehl zum Elektromotor des Lenk-Ausgabeaktuators 6 umwandelt.
  • 3 ist ein System-Blockdiagramm, das den Rückführ-Motorsteuerbefehl-Bestimmungsbereich des Lenk-Rückführreglers 10 darstellt. Der Lenk-Rückführregler 10 umfasst einen Verarbeitungsteil zum Berechnen des lenkeingangs-abhängigen Motorsteuerbefehls Is, einen Verarbeitungsteil zum Berechnen eines Lenkausgangs-abhängigen Motorsteuerbefehls Its, und einen Begrenzer-Verarbeitungsteil 10k. Wie in 3 dargestellt, umfasst insbesondere der Verarbeitungsteil zum Berechnen des Lenkeingangs-abhängigen Motorsteuerbefehls Is einen Verstärker 10a, eine Differenzierschaltung 10b, einen Verstärker 10c und einen Addierer 10d. Der Verstärker 10a multipliziert den tatsächlichen Lenkradwinkel Θs mit einer Verstärkung Ka, um einen ersten Wert (Ka·θs) auszugeben. Die Verstärkung Ka wird entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit V bestimmt. Die Differenzierschaltung 10b gibt einen Zeit-Differenzialwert ωs (= dθs/dt) des tatsächlichen Lenkradwinkels θs aus. Der Verstärker 10c multipliziert den Zeit-Differenzialwert ωs des tatsächlichen Lenkradwinkels Θs mit einer Verstärkung Ks, um einen zweiten Wert (Ks·ωs) auszugeben. Die Verstärkung Ks wird gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit V bestimmt. Der Addierer 10d addiert den ersten Wert (Ka·θs) und den zweiten Wert (Ks·ωs), um den Lenkeingangs-abhängigen Motorsteuerbefehl Is (Is = Ka·θs + Ks·ωs) auszugeben. Die 4A und 4B sind Ansichten, die die Beispielfestlegungen der Verstärkungen Ka und Ks darstellen. Wie in 4A dargestellt, ist die Verstärkung Ka auf 1,0 bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit, deren Frequenz zu Beginn der Lenkbetätigung groß ist, und größer als 1,0 in Bereichen von höheren Geschwindigkeiten und niedrigeren Geschwindigkeiten festgelegt. Wie in 4B dargestellt, wird die Verstärkung Ks auf 1,0 bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit, deren Frequenz zu Beginn der Lenkbetätigung groß ist, und größer als 1,0 in Bereichen von höheren Geschwindigkeiten und niedrigeren Geschwindigkeiten festgelegt. Andererseits, umfasst der Verarbeitungsteil zum Berechnen des Lenkausgangsabhängigen Motorsteuerbefehls Its einen Subtrahierer 10e, einen Verstärker 10f, eine Differenzierschaltung 10g, einen Verstärker 10h und einen Addierer 10i. Ein Subtrahierer 10e subtrahiert den tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt vom gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta, um eine Abweichung (θta – θt) auszugeben. Der Verstärker 10f multipliziert die Abweichung (θta – θt) mit einer Verstärkung Kfa, um einen ersten Wert (Kfa·(θta – θt)) auszugeben. Die Verstärkung Kfa wird gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit V bestimmt. Die Differenzierschaltung 10g gibt einen Zeit-Differenzialwert ωts ( = d (θta – θt)/dt) der Abweichung (θta – θt) aus. Der Verstärker 10h multipliziert den Zeit-Differenzialwert ωts der Abweichung (θta – θt) mit einer Verstärkung Kfs, um einen zweiten Wert (Kfs·ωts) auszugeben. Die Verstärkung Kfs wird gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit V bestimmt. Der Addierer 10i addiert den ersten Wert (Kfa·(θta – θt)) und den zweiten Wert (Kfs_ωts), um den Lenkausgangs-abhängigen Motorsteuerbefehl Its (Its = Kfa·θta – θt) + Kfs·ωts) auszugeben. Die Verstärkungen Kfa und Kfs werden gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit V, ähnlich den Verstärkungen Ka und Ks, wie in den 4A und 4B dargestellt, festgelegt. Der Addierer 10j addiert den Lenkeingangs-abhängigen Motorsteuerbefehl Is und den Lenkausgangs-abhängigen Motorsteuerbefehl Its, um einen Basisfeedback bzw. Basisrückführ-Motorsteuerbefehl Isa (= Is+Its) auszugeben. Der Begrenzer-Verarbeitungsbereich 10k begrenzt den Rückführ-Motorsteuerbefehl Isa (= Is+Its) innerhalb eines oberen Grenzwerts Ls, um den Rückführ-Motorsteuerbefehl Tms auszugeben. Der Grenzwert Ls wird gemäß eines Reifen-Straßen-Reibkoeffizienten μ bestimmt. Der Reifen-Straßen-Reibkoeffizient μ wird gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit V, eines Gierwinkelverhältnisses Ψ und einer Seitenbeschleunigung YG geschätzt. 4C ist eine Ansicht, die eine Beispielfestlegung des Grenzwertes Ls darstellt. Wie in 4C dargestellt, wird der Grenzwert Ls festgelegt, um somit mit einer Zunahme des Reifen-Straßen-Reibkoeffizienten μ anzusteigen. Dieses ist zum Verhindern eines überhöhten Ausmaßes der möglichen Lenkrückführung wirksam, um das Drehen des Lenkrads 1 zu verhindern, und dadurch ein geeignetes Ausmaß der Lenkrückführung gemäß des geschätzten Reifen-Straßen-Reibkoeffizienten μ bei größeren Lenkradwinkeln oder höheren Änderungsraten beim Lenkradwinkel zu schaffen.
  • 5 ist ein System-Blockdiagramm, das ein Lenk-Ausgabesteuersystem darstellt, das mit einer stabilen Modellanpassungstechnik gemäß der ersten Ausführung erstellt ist. Die stabile Modellanpassungstechnik ist ein Verfahren zum Vorabbestimmen eines normativen Modells der dynamischen Eigenschaften eines Sollfahrzeugs als geregeltes Objekt, wie z.B. eine Reaktion auf das Fahrzeug-Gierwinkelverhältnis und eine Reaktion auf die Seitenbeschleunigung zur Lenkbetätigung, und zum Steuern/Regeln einer Steuereingabe mit Minimieren der Auswirkung eines Modellfehlers oder einer Störgröße in der Weise, dass der Zustand des Sollfahrzeugs mit dem normativen Modell in Übereinstimmung ist. Wie in 5 dargestellt, umfasst der Lenk-Ausgaberegler 16 einen Modellanpassungskompensator 16a, einen stabilen Kompensator oder Störgrößenkompensator 16b, einen Störgrößenkompensator-Begrenzer 16c, Subtrahierer 16d, Strombegrenzer 16e, Hindernis-Kontakt-Bestimmungsbereich 16f und einen Schalter 16g.
  • Der Modellanpassungskompensator 16a ist als Vorwärts- bzw. Feedforward-Kompensator ausgelegt, um den gewünschten Laufrad-Lenkwinkel Θta und den tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt zu empfangen, und den Lenk-Motorstrombefehl gemäß des vorbestimmten normativen Reaktionsmodells auszugeben.
  • Der stabile Kompensator 16b ist ausgelegt, um den Motorstrombefehl Ita als Eingang zu einem geregelten Objekt und den tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt als Ausgabe vom geregelten Objekt zu empfangen, und eine Störgröße zu schätzen, die ein Interferenz-Regelfaktor einschließlich eines Modellfehlers ist, und um die geschätzte Störgröße auszugeben. Die Ausgabe des Störgrößenausgleichs vom stabilen Kompensator 16b wird verwendet, um den Motorstrombefehl Ita (Lenk-Motorantriebsbefehl, Lenk-Motordrehmomentbefehl, oder Lenkaufwandbefehl) in der Lenk-Ausgabesteuerung auszugleichen.
  • Der Störgrößen-Kompensations-Begrenzer 16c ist ausgelegt, um die Störgrößen-Kompensation vom stabilen Kompensator 16b zu begrenzen, so dass die Störgrößen-Kompensation vom stabilen Kompensator 16b mit einer Zunahme im externen Kraftindikator (Störgrößen-Indikator) abnimmt, der die auf die lenkbaren Laufräder 4, 5 aufgebrachte externe Kraft anzeigt, der eine Abweichung Δβ zwischen dem gewünschten Wert des Fahrzeug-Schräglaufwinkels β* und des tatsächlichen Fahrzeug-Schräglaufwinkels β in der ersten Ausführungsform ist. In der ersten Ausführungsform dient der Fahrzeug-Schräglaufwinkelsensor 18 als ein Störgrößen-Bestimmungsbereich, der ausgelegt ist, um einen Störgrößen-Indikator, der auf einen Störgrößen-Eingang am Fahrzeug hinweist, zu bestimmen.
  • Der Subtrahierer 16d ist ausgelegt, um einen Motorstrombefehl Ita durch Subtrahieren der begrenzten Störgrößen-Kompensation (Ausgabe vom Störgrößen-Kompensations-Begrenzer 16c) vom Motorstrombefehl (Ausgabe vom Modellanpassungskompensator 16a) zu berechnen.
  • Der Strombegrenzer 16e ist ausgelegt, um einen elektrischen Strom durch den Elektromotor des Lenk-Ausgabeaktuators zu begrenzen, um einen Überstrom zu verhindern. Insbesondere ist der Strombegrenzer 16e ausgelegt, um den Motorstrombefehl Ita auszugeben, wie er in dem Fall ist, bei dem der Motorstrombefehl Ita vom Subtrahierer 16d kleiner als oder gleich einem vorbestimmten Stromgrenzwert ist, und um den Stromgrenzwert als Motorstrombefehl Ita auszugeben, falls der Motorstrombefehl Ita größer als der Stromgrenzwert ist. Der Motorstrombefehl Ita wird zum Motor des Lenk-Ausgabeaktuators 6 als geregeltes Objekt ausgegeben.
  • Der Hindernis-Kontakt-Bestimmungsbereich 16f ist ausgelegt, um zu bestimmen, ob die lenkbaren Laufräder 4 und 5 mit einem Hindernis, wie zum Beispiel einem Bordstein, in Kontakt sind oder nicht. Wenn insbesondere ein Zustand, bei dem der tatsächliche Laufrad-Lenkwinkel θt im Wesentlichen konstant (innerhalb einer Änderung von weniger als ± 1°) gehalten wird, trotz des Antreibens des Motors des Lenk-Ausgabeaktuators 6 mit dem Motorstrombefehl Ita über eine festgelegte Zeitdauer von z.B. einer Sekunde, bestimmt der Hindernis-Kontakt-Bestimmungsbereich 16f, dass die lenkbaren Laufräder 4 und 5 mit einem Hindernis in Kontakt sind.
  • Der Schalter 16g ist ausgelegt, um auf AUS geschaltet zu sein, wenn der Hindernis-Kontakt-Bestimmungsbereich 16f bestimmt, dass die lenkbaren Laufräder 4 und 5 mit keinem Hindernis in Kontakt sind, und auf EIN geschaltet wird, wenn der Hindernis-Kontakt-Bestimmungsbereich 16f bestimmt, dass die lenkbaren Laufräder 4 und 5 mit einem Hindernis in Kontakt sind. Mit dem auf AUS stehenden Schalter 16g wird der Motorstrombefehl Ita zum Elektromotor des Lenk-Ausgabeaktuators 6 bezüglich des gewünschten Laufrad-Lenkwinkels θta und des tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkels θt mit der stabilen Modellanpassungstechnik berechnet. Andererseits wird mit dem auf EIN stehenden Schalter 16g der gewünschte Laufrad-Lenkwinkel θta auf den tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt festgelegt, und der Motorstrombefehl Ita zum Elektromotor des Lenk-Ausgabeaktuators 6 als entsprechender unterer Wert berechnet.
  • Im Folgenden werden die Abläufe der Lenkungsvorrichtung der ersten Ausführungsform beschrieben. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das einen durch den Lenk-Ausgaberegler 16 auszuführenden Lenk-Ausgabesteuerablauf darstellt.
  • Im Schritt S1 liest der Lenk-Ausgaberegler 16 die Fahrzeuggeschwindigkeit V vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 11, den gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta, der gemäß des tatsächlichen Lenkradwinkels θs vom Rückführ-Motorpositionssensor 9 festgelegt ist, den tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt vom Lenk-Motorpositionssensor 15, und den tatsächlichen Lenk-Motorantriebsstrom It von einem Lenk-Motorantriebsstromsensor (nicht dargestellt), der im Motorantriebsschaltkreis vorgesehen ist, ein. Anschließend geht der Ablauf zum Schritt S2 über. Unter Abdeckung variabler Lenkübersetzungsmechanismen wird der gewünschte Laufrad-Lenkwinkel θta durch die folgende Gleichung bestimmt. θta = θs·Rst,wobei Rst eine Getriebeübersetzung bzw. ein Übersetzungsverhältnis der Lenkausgabe zur Lenkeingabe oder zum Kehrwert des gesamten Lenkverhältnisses ist.
  • Im Schritt S2 bestimmt der Lenk-Ausgaberegler 16, ob die lenkbaren Laufräder 4, 5 mit einem Hindernis, wie zum Beispiel einem Bordstein, in Kontakt sind oder nicht. Wenn die Reaktion beim Schritt S2 zustimmend ist (JA), geht der Ablauf zum Schritt S3 über. Andererseits, wenn die Reaktion beim Schritt S2 negativ (NEIN) ist, geht der Ablauf zum Schritt S4 über. Das Hindernis bedeutet einen Gegenstand, der physikalisch eine Zunahme beim Laufrad-Lenkwinkel während des Kontaktes mit den lenkbaren Laufrädern 4, 5, wie einem Bordstein, verhindert. Die Hindernis-Kontakt-Bestimmung kann zum Beispiel durch ein Verfahren durchgeführt werden, wie in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-96725 dargestellt. Wenn insbesondere der Absolutwert θtsa der Abweichung zwischen zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt größer als oder gleich einem Schwellenwert θa ist, der hinsichtlich einer Verzögerung infolge der Kommunikation zwischen dem Lenk-Rückführregler 10 und dem Lenk-Ausgaberegler 16, eine Reaktionverzögerung auf einen Befehl, und einer Genauigkeit der Laufrad-Lenkwinkelsteuerung bestimmt wird, wenn eine Zeitperiode, bei der der tatsächliche Laufrad-Lenkwinkel θt auf einem vorhergehenden Wert gehalten wird, größer als oder gleich einer Schwellenwert-Zeitperiode Tit ist (zum Beispiel wird der tatsächliche Laufrad-Lenkwinkel θt innerhalb einer Änderung von weniger als ± 1° über eine Sekunde gehalten), und wenn eine Zeitperiode, bei der der tatsächliche Lenk-Motorantriebsstrom It größer als oder gleich einem Schwellenwertstrom Itt ist, sich über eine vorbestimmte Zeitperiode Tt fortsetzt, bestimmt der Lenk-Ausgaberegler 16, dass die lenkbaren Laufräder 4, 5 in Kontakt mit einem Hindernis sind.
  • Beim Schritt S3 legt der Lenk-Ausgaberegler 16 den gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta auf den tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt fest, basierend auf der Bestimmung im Schritt S2, dass die lenkbaren Laufräder 4, 5 mit einem Hindernis in Kontakt sind. Anschließend kehrt der Ablauf zum Schritt S1 zurück.
  • Beim Schritt S4 berechnet der Lenk-Ausgaberegler 16 den tatsächlichen Fahrzeug-Schräglaufwinkel β des Fahrzeugs unter Verwendung der folgenden Gleichung, basierend auf der Bestimmung beim Schritt S2, dass die lenkbaren Laufräder 4, 5 mit keinem Hindernis in Kontakt sind, β = ∫{(YG/V)-Ψ}dt (1)wobei YG die Seitenbeschleunigung, V die Fahrzeuggeschwindigkeit, und Ψ das Gierwinkelverhältnis ist. Anschließend geht der Ablauf zum Schritt S5 über.
  • Beim Schritt S5 berechnet der Lenk-Ausgaberegler 16 den gewünschten Fahrzeug-Schräglaufwinkel β* gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit V und den gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta (gemäß des tatsächlichen Lenkradwinkels θs).
  • Anschließend geht der Ablauf zum Schritt S6 über.
  • Beim Schritt S6 berechnet der Lenk-Ausgaberegler 16 die Fahrzeug-Schräglaufwinkelabweichung Δβ durch Subtrahieren des tatsächlichen Fahrzeug-Schräglaufwinkels β vom gewünschten Fahrzeug-Schräglaufwinkel β*. Nachfolgend geht der Ablauf zum Schritt S7 über.
  • Beim Schritt S7 bestimmt der Lenk-Ausgaberegler einen Grenzwert zum Begrenzen der Störgrößen-Kompensation bezüglich der Fahrzeug-Schräglaufwinkelabweichung Δβ und einer vorbestimmten Verstärkung Kcs. Die Verstärkung Kcs wird bezüglich der Fahrzeugeigenschaften vorbestimmt. Insbesondere wird zuerst der Grenzwert festgelegt, um mit einer Zunahme bei der Fahrzeug-Schräglaufwinkelabweichung Δβ kleiner zu werden. Zweitens wird der Grenzwert mit der Verstärkung Kcs multipliziert, um einen endgültigen Grenzwert zum Begrenzen der Störgrößen-Kompensation zu erhalten. Anschließend kehrt der Ablauf zum Schritt S1 zurück. Wenn die Schräglaufwinkelabweichung Δβ nicht auftritt, wird die Störgrößen-Kompensation des stabilen Kompensators 16b folglich nicht am Störgrößen-Kompensations-Begrenzer 16c begrenzt, so dass der Motorstrombefehl Ita berechnet wird, um bei voller Störgrößen-Kompensation groß zu sein. Andererseits, wenn die Schräglaufwinkelabweichung Δβ auftritt, wird die Störgrößen-Kompensation des stabilen Kompensators 16b durch den Störgrößen-Kompensations-Begrenzer 16c begrenzt, so dass der Motorstrombefehl Ita berechnet wird, um kleiner zu sein, wenn keine Schräglaufwinkelabweichung vorliegt. Weil außerdem die Begrenzung des Störgrößen-Kompensations-Begrenzers 16c mit einer Zunahme bei der Schräglaufwinkelabweichung Δβ vergrößert wird, d.h., weil die Störgrößen-Kompensation mit einem Grenzwert, der mit einer Zunahme bei der Schräglaufwinkelabweichung Δβ abnimmt, begrenzt ist, wird der Motorstrombefehl Ita berechnet, um mit einer Zunahme bei der Schräglaufwinkelabweichung Δβ kleiner zu werden. Die Verstärkung Kcs wird festgelegt, um mit einer Zunahme bei der Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie größer zu werden. Zum Beispiel wird die Verstärkung Kcs eines Sportwagentyps mit einer hohen Fahrzeugkarosseriesteifigkeit höher als ein Auto vom Sedan-Typ festgelegt.
  • Gemäß der 17 und 18 behandelt das Folgende die Torsion zwischen dem Lenk-Eingabebereich und dem Lenk-Ausgabebereich. 17 ist ein schematisches Diagramm, das ein Referenz-Lenkungssystem darstellt, wo ein Lenkrad mit den gelenkten Laufrädern mechanisch verbunden ist.
  • 18 ist ein schematisches Diagramm, das eine Lenkwelle im Referenz-Lenkungssystem von 17 darstellt. Die Bewegungsgleichung des Referenz-Lenkungssystems wird durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt. Die Gleichung (1) beschreibt eine äquivalente Gleichung, die bezüglich des Achsschenkelbolzens von einer Gleichung der Drehbewegung des Lenkrades umgewandelt ist. Die Gleichungen (2) und (3) beschreiben eine äquivalente Gleichung der Drehbewegung der gelenkten Räder bezüglich des Achsschenkelbolzens. Ih·(d2α/dt2)+Ch·(dα/dt)+Ks·(α-δ)=Th (1) Ts=(εn+εc)·Kf·{β+(lf/V)·γ-δ} (2) Is·(d2δ/dt2)+Cs·(dδ/dt)+Ks·(δ-a)=Ts (3)wobei:
    • Ih:
    umgewandeltes Trägheitsmoment des Lenkrades über dem Achsschenkelbolzen,
    Ch:
    viskoser Reibkoeffizient der Lenkwelle,
    Ks:
    Elastizitätskoeffizient über dem Achsschenkelbolzen,
    δ:
    Lenkradwinkel,
    α:
    umgewandelte Winkelposition des Lenkrades über dem Achsschenkelbolzen,
    Th:
    Lenkmoment des Fahrers,
    Is:
    Trägheitsmoment der gelenkten Räder über dem Achsschenkelbolzen,
    Cs:
    viskoser Reibkoeffizient über dem Achsschenkelbolzen,
    Kf:
    Kurvenenergie;
    Ts:
    Kraftmoment über dem Achsschenkelbolzen,
    lf:
    Abstand zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt und der Vorderachse,
    β:
    Fahrzeug-Schräglaufwinkel,
    εn:
    Druckluftweg,
    εc:
    Nachlaufweg,
    V:
    Fahrzeuggeschwindigkeit, und
    ε:
    Fahrzeug-Gierwinkelverhältnis.
  • Wie oben dargestellt, wird Ts in den Gleichungen (2) und (3) als externe Kraft zum Lenkungssystem aufgebracht, so dass eine stationäre Abweichung zwischen dem Lenkradwinkel (umgewandelt) und dem Laufrad-Lenkwinkel durch die Torsion infolge von Ts auftritt. Wenn zum Beispiel in der Gleichung (1) das Lenkrad aus δ = 0 gedreht wird, wird Ks·(α – δ) im Ausgleich mit dem Drehmoment Th erzeugt, das eine Torsion darstellt, die zwischen dem Lenkradwinkel (umgewandelt) und dem Laufrad-Lenkwinkel erzeugt wird. Andererseits, wenn sich das Lenkrad in den Gleichungen (2) und (3) im Zustand δ ≠ 0 befindet, wird Ks·(δ – α) im Ausgleich mit Ts erzeugt, das eine Torsion darstellt, die zwischen dem Lenkradwinkel (umgewandelt) und dem Laufrad-Lenkwinkel erzeugt wird.
  • Das Folgende beschreibt eine Referenztechnik bzw. – verfahren des Steer-by-wire. Die veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 10-310074 stellt eine Steer-by-wire-Vorrichtung dar, die ausgelegt ist, um die Lenkbetätigung gemäß einer Abweichung zwischen einem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel und einem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel und hinsichtlich einer Lenklast zu steuern, und insbesondere dazu ausgelegt, die Lenkbetätigung durch Bestimmen des Ausmaßes einer gesteuerten Lenkgröße in der Weise zu steuern, um die Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel auf Null zu regulieren. Folglich ist die Abtastfähigkeit bzw. die Nachführbarkeit des Laufrad-Lenkwinkelbefehls zum gewünschten Laufrad-Lenkwinkel groß. Daher bildet die Referenzvorrichtung eine natürliche Torsion des Lenk-Ausgabebereichs nicht mit hinreichender Genauigkeit, und eine Lenk-Rückführung zur Störgröße oder zu den auf den Lenk-Ausgabebereich aufgebrachten externen Kräften nicht nach. Da das entsprechende Ausmaß der Störgrößenkompensation ohne Nachbildung der Torsion zwischen dem Lenk-Eingabebereich und dem Lenk-Ausgabebereich erzeugt wird, ist der tatsächliche Laufrad-Lenkwinkel ständig in Übereinstimmung mit dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel. Diese Anordnung ist einem Fahrzeug mit sehr hoher Lenksteifigkeit äquivalent. Üblicherweise dreht ein Fahrer auf einer kurvigen Straße zuerst sehr stark, um ein geeignetes Ausmaß des Gierwinkelverhältnisses am Anfang der Kurve zu erhalten, und dreht danach das Lenkrad zurück und passt das Lenkrad an, um den Bewegungsablauf des Fahrzeugs zu kontrollieren, um es entlang der kurvigen Straße anzupassen. Jedoch neigt solch ein Fahrzeug mit einer Steer-by-Wire-Vorrichtung, die äquivalent einem Fahrzeug von einer sehr hohen Lenksteifigkeit ist, zum Übersteuern, falls das Lenkrad lange auf einer kurvigen Straße gedreht wird, weil der tatsächliche Laufrad-Lenkwinkel mit hohem Ansprechverhalten zum Lenkradwinkel reguliert wird. Folglich ist es möglich, dass die Referenz-Lenkungsvorrichtung auf einer kurvigen Straße den Fahrzeug-Schräglaufwinkel übermäßig erhöht, um die Stabilität des Fahrzeug-Kurvenverhaltens nachteilig zu beeinflussen. Andererseits, wenn eine externe Kraft bei einem lenkbaren Laufrad auf einer holprigen Straße, welligen Straße, oder ausgefahrenen Straße aufgebracht wird, steuert solch ein Fahrzeug mit einer Steer-by-wire-Vorrichtung, die äquivalent einem Fahrzeug mit sehr hoher Lenksteifigkeit ist, einen Lenk-Ausgabeaktuator, um sich der externen Kraft auf ein lenkbares Laufrad zu widersetzen, um den tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel eines lenkbaren Laufrades wie gewünscht beizubehalten. In diesem Fall, wenn eine externe Kraft auf das lenkbare Laufrad aufgebracht wird, ist es möglich, dass die Antwort- bzw. Reaktionskraft oder der Stoß vom Lenk-Ausgabeaktuator zur Fahrzeugkarosserie übertragen wird, so wie es ist, um den Fahrzeugkomfort nachteilig zu beeinflussen. Außerdem weist solch ein Fahrzeug mit einer Steer-by-wire-Vorrichtung, die äquivalent einem Fahrzeug mit sehr hoher Lenksteifigkeit ist, eine Eigenschaft von schneller Reaktion des lenkbaren Laufrades zum Lenkrad auf, um das Fahrzeug-Gierwinkelverhältnis mit kleiner Verzögerung zu erzeugen, das sich von dem eines mechanischen Lenkungssystems einschließlich eines Lenkrades und eines lenkbaren Laufrades, die mechanisch miteinander verbunden sind, unterscheidet, um einem Fahrer ein Unstimmigkeitsgefühl zu geben, und das Lenkgefühl nachteilig zu beeinflussen. Wenn zusätzlich eine große externe Kraft auf ein lenkbares Laufrad aufgebracht wird, verwendet die Referenz-Lenkungsvorrichtung plötzlich eine hohe Strommenge für den Lenk-Ausgabeaktuator, um die externe Kraft zu überwinden, was dazu führt, dass der Motor des Lenk-Ausgabeaktuators sehr stark belastet wird, um zu einem überhitzten Zustand zu führen.
  • Das Folgende beschreibt die Lenk-Ausgabesteuerabläufe der Lenkungsvorrichtung der ersten Ausführungsform, wenn eine externe Kraft auf die lenkbaren Laufräder aufgebracht wird. In der Lenkungsvorrichtung der ersten Ausführungsform stellt der Lenkungs-Ausgaberegler 16 den Motorstrombefehl Ita zum Elektromotor des Lenk-Ausgabeaktuators 6 ein, um ihn mit einer Zunahme bei der Schräglaufwinkelabweichung Δβ zu verringern, um absichtlich eine stationäre Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel Θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel Θt zu erzeugen. Wenn folglich das Fahrzeug mit den lenkbaren Laufrädern 4 und 5 mit einer darauf aufgebrachten externen Kraft gefahren wird, wird eine gewünschte Torsion zwischen dem Lenk-Eingabebereich und dem Lenk-Ausgabebereich mit ausreichender Genauigkeit durch die Laufrad-Lenkwinkelabweichung nachgebildet, um die Stabilität des Fahrzeug-Kurvenverhaltens zu sichern, den Fahrzeugkomfort und das Lenkgefühl zu verbessern. Wenn insbesondere das Fahrzeug auf einer kurvigen Straße, holprigen Straße, welligen Straße, oder ausgefahrenen Straße mit den lenkbaren Laufrädern 4 und 5, die mit keinem Hindernis in Kontakt sind, gefahren wird, wird der Ablauf in der Reihenfolge der Schritte S1, S2, S4, S5, S6 und S7 im Ablaufdiagramm von 6 ausgeführt. Beim Schritt S7 wird der Grenzwert zum Begrenzen der Störgrößenkompensationsausgabe vom stabilen Kompensator 16b festgelegt, um mit einer Zunahme bei der Schräglaufwinkelabweichung Δβ kleiner zu werden, und der festgelegte Grenzwert wird mit der Verstärkung Kcs multipliziert, um den endgültigen Grenzwert zum Begrenzen der Störgrößenkompensationsausgabe vom stabilen Kompensator 16b zu erhalten.
  • Das Folgende beschreibt, wie die Schräglaufwinkelabweichung Δβ als externer Kraftindikator in der ersten Ausführungsform dient. Wenn das Fahrzeug zum Beispiel geradeaus fährt und die lenkbaren Laufräder 4 und 5 durch eine externe Kraft von einer holprigen Straße gedreht werden, wird der tatsächliche Fahrzeug-Schräglaufwinkel β gemäß der Erzeugung der Seitenbeschleunigung YG und des Fahrzeug-Gierwinkelverhältnisses Ψ erzeugt, obwohl der gewünschte Fahrzeug-Schräglaufwinkel β* Null ist (siehe Gleichung (1)). Falls die Schräglaufwinkelabweichung Δβ während des Geradeausfahrens des Fahrzeugs ansteigt, wird daher die Schräglaufwinkelabweichung Δβ als ein externer Kraftindikator betrachtet. Andererseits, wenn die Schräglaufwinkelabweichung Δβ während des Kurvenfahrens ansteigt, bedeutet das, dass sich das Fahrzeug außerhalb der neutralen Lenkzustände befindet, wo der gewünschte Fahrzeug-Schräglaufwinkel β* mit dem tatsächlichen Fahrzeug-Schräglaufwinkel β identisch ist. Folglich dient die Schräglaufwinkelabweichung Δβ, die Teil der Seitenkraft ist, die den lenkbaren Laufrädern 4 und 5 zugefügt wird, die das Ausmaß des Übersteuerns oder das Ausmaß des Untersteuerns bezüglich des neutralen Lenkzustandes erzeugt, als ein externer Kraftidentikator. Durch Verwendung der Schräglaufwinkelabweichung Δβ als externem Kraftindikator ermittelt die Lenkungsvorrichtung der ersten Ausführungsform daher mit ausreichender Genauigkeit Auswirkungen einer externen Kraft auf das Fahrzeug-Dynamikverhalten während des Fahrens auf verschiedenen Straßen einschließlich einer kurvigen Straße. Somit ist die Lenkungsvorrichtung der ersten Ausführungsform, die absichtlich eine stationäre Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt durch Begrenzen der Ausgabe des Störgrößenkompensators gemäß der Schräglaufwinkelabweichung Δβ erzeugt, für das Nachbilden mit ausreichender Genauigkeit einer natürlichen Torsion zwischen dem Lenk-Eingabebereich und dem Lenk-Ausgabebereich eines Fahrzeugs wirksam, das mit einer typischen Lenkvorrichtung, die ein Lenkrad und ein lenkbares Laufrad verbindet, versehen ist.
  • 7 ist eine Ansicht, die eine beispielhafte Reaktion von einem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel gemäß der ersten Ausführungsform und eine Reaktion eines tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkels gemäß einer Referenzausführungsform bezüglich eines gewünschten Laufrad-Lenkwinkels darstellt, wo eine externe Kraft (Störgröße) bei einem lenkbaren Laufrad aufgebracht ist. Wie durch die gepunkteten Linien angezeigt, führt die Lenkungsvorrichtung der Referenzausführungsform die volle Störgrößenkompensation für die Störgröße aus, so dass der tatsächliche Laufrad-Lenkwinkel mit einer Störgrößeneingabe in Übereinstimmung mit dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel mit ausreichender schneller Reaktion reguliert wird. Andererseits, wie durch die durchgezogenen Linien in der ersten Ausführungsform angezeigt, wenn eine Störgröße eingegeben wird, begrenzt die Lenkungsvorrichtung die Störgrößenkompensation, um die Lenktorsion für die Störgrößeneingabe nachzubilden, so dass der tatsächliche Laufrad-Lenkwinkel θt abgesehen vom gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta mit dem Grenzwert des Störgrößenkompensations-Begrenzers 16c Null wird. Nach der Störgrößeneingabe, berechnet der Modellanpassungskompensator 16a den Motorstrombefehl Ita, um somit den tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt zum gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta zu regulieren, und der Störgrößenkompensations-Begrenzer 16c baut die Begrenzung der Störgrößenkompensation allmählich ab. Somit konvergiert der tatsächliche Laufrad-Lenkwinkel θt allmählich zum gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta mit einer Ansprechverzögerung.
  • Wenn das Lenkrad 1 auf einer kurvigen Straße intensiv gedreht wird, tritt eine Abweichung zwischen dem Motorstrombefehl Ita und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt auf. Am Anfang der Kurve gibt der stabile Kompensator 16b eine Störgrößen-Kompensation mit der als Störgröße dienenden Abweichung aus. Andererseits, da die Schräglaufwinkelabweichung Δβ zu Anfang der Kurve auftritt, begrenzt der Lenk-Ausgaberegler 16 die Ausgabe der Störgrößen-Kompensation. Folglich konvergiert auf einer kurvigen Straße der tatsächliche Laufrad-Lenkwinkel θt allmählich zum gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta mit einer Ansprechverzögerung, so dass das Fahrzeug keine Übersteuerungstendenz wie ein Fahrzeug mit einer sehr hohen Lenksteifigkeit aufweist. Dadurch verhindert die Lenkungsvorrichtung der ersten Ausführungsform auf einer kurvigen Straße ein überhöhtes Ansteigen beim Fahrzeug-Schräglaufwinkel und sichert die Stabilität des Fahrzeug-Kurvenverhaltens.
  • Wenn eine externe Kraft auf die lenkbaren Laufräder 4 und 5 auf einer holprigen Straße, welligen Straße oder ausgefahrenen Straße aufgebracht wird, tritt eine Abweichung zwischen dem Motorstrombefehl Ita und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt auf. Der stabile Kompensator 16b gibt eine Störgrößen-Kompensation mit der als Störgröße dienenden Abweichung aus. Andererseits, wenn die externe Kraft auf die lenkbaren Laufräder 4 und 5 auf einer holprigen Straße aufgebracht wird, ändern sich die Richtungen der lenkbaren Laufräder 4 und 5 von ihren neutralen Positionen, um die Schräglaufwinkelabweichung Δβ des Fahrzeugs zu erzeugen. Folglich begrenzt der Lenk-Ausgaberegler 16 die Ausgabe der Störgrößen-Kompensation. Wenn folglich der tatsächliche Laufrad-Lenkwinkel der lenkbaren Laufräder 4 und 5 durch externe Kräfte auf einer holprigen Straße, welligen Straße oder ausgefahrenen Straße augenblicklich verändert wird, wird die auf den Lenk-Ausgabeaktuator 6 aufgebrachte Reaktionskraft nicht zur Fahrzeugkarosserie übertragen, wie es bei einem Fahrzeug wäre, das äquivalent ein Fahrzeug mit einer sehr hohen Lenksteifigkeit ist. Dies verbessert den Fahrzeugkomfort.
  • Falls die Lenkungsvorrichtung der ersten Ausführungsform einen Steuerungsablauf zum Begrenzen der Ausgabe der Störgrößen-Kompensation vom stabilen Kompensator 16b ausführt, wird die Lenksteifigkeit im Wesentlichen äquivalent zu der eines Fahrzeugs, das ein mit einem Lenkrad und einem lenkbaren Laufrad mechanisch verbundenes Lenkgetriebe aufnimmt. Folglich ist die Fahrzeugreaktion zur Lenkbetätigung natürlich, zum Beispiel wird das lenkbare Laufrad tatsächlich gelenkt, um ein Gierwinkelverhältnis mit wenig Ansprechverzögerung bezüglich der Betätigung des Lenkrades zu erzeugen. Somit hebt die Lenkungsvorrichtung der ersten Ausführungsform das Unstimmigkeitsgefühl eines Fahrers wie in einem Fahrzeug, das äquivalent einem Fahrzeug ist, dessen Lenksteifigkeit sehr hoch ist, auf, und schafft ein gewünschtes Lenkgefühl. Wenn eine Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt auftritt, so dass ein Fahrer fühlt, dass der tatsächliche Laufrad- Lenkwinkel θt relativ klein ist, kann der Fahrer das Lenkrad 1 weiter drehen, um den tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt entsprechend zu vergrößern.
  • Wenn zusätzlich eine große externe Kraft auf die lenkbaren Laufräder 4 und 5 eingegeben wird, stellt der Steuerungsablauf zum Begrenzen der Ausgabe der Störgrößen-Kompensation vom stabilen Kompensator 16b die sanfte Änderung des Motorstrombefehls Ita her. Wenn eine große externe Kraft aufgebracht ist, wird ein großer Strom im Lenk-Ausgabebereich nicht plötzlich erzeugt, um den Lenkwinkel eines lenkbaren Laufrades zu sichern. Folglich reduziert die Lenkungsvorrichtung die Motorlast des Lenk-Ausgabeaktuators 6 und schützt ihn vor einem Überhitzungszustand.
  • Das Folgende beschreibt die Lenk-Ausgabesteuerabläufe der Lenkungsvorrichtung der ersten Ausführungsform, wenn die lenkbaren Laufräder 4 und 5 mit einem Hindernis in Kontakt sind. Wenn die lenkbaren Laufräder 4 und 5 mit einem Hindernis in Kontakt sind, wird der Ablauf in der Reihenfolge der Schritte S1, S2 und S3 im Ablaufdiagramm von 6 ausgeführt. Beim Schritt S3 wird der gewünschte Laufrad-Lenkwinkel θta auf den tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt festgelegt, mit anderen Worten, die Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt wird auf Null festgelegt. Somit wird der Strombefehl zum Motor des Lenk-Ausgabebereichs nicht auf einen Wert festgelegt, der zum gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta im Lenk-Ausgabebereich gemäß des tatsächlichen Lenkradwinkels θs wie üblicherweise festgelegt, sondern auf einen Wert in der Weise festgelegt, dass die Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt Null ist. Mit dieser Einstellung, auch wenn ein Fahrer das Lenkrad 1 weiter dreht, bewegt sich der Lenk- Ausgabebereich nicht mehr. Folglich ist der Betrag des Motorstroms überflüssig, um die Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt aufzuheben. Es reicht einzig der Betrag des Motorstroms aus, um den Laufrad-Lenkwinkel θt in der gegenwärtigen Position zu halten. Daher begrenzt die Lenkungsvorrichtung der ersten Ausführungsform den Strom des Motors, um den Motor gegen Überhitzung zu schützen. Wenn zusätzlich die lenkbaren Laufräder 4 und 5 mit einem Hindernis in Kontakt sind, wird der gewünschte Laufrad-Lenkwinkel θta im Lenk-Ausgabebereich ohne direkte Änderung des Strombefehls zum Motor des Lenk-Ausgabebereichs auf einen bestimmten Wert verändert. Folglich wird der Steuerungsmodus wieder reibungslos von der Steuerung für die Hindernis-Kontaktzustände zur Steuerung mit dem üblichen Laufrad-Lenkwinkel umgestellt.
  • Das Folgende beschreibt die Lenk-Rückführsteuerabläufe der Lenkungsvorrichtung der ersten Ausführungsform, wenn eine externe Kraft auf die lenkbaren Laufräder aufgebracht wird. Während die Lenkungsvorrichtung der ersten Ausführungsform absichtlich eine stationäre Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt durch Begrenzen der Ausgabe eines Störgrößenkompensators gemäß der Schräglaufwinkelabweichung Δβ erzeugt, wie oben erwähnt, erzeugt die Lenkungsvorrichtung der ersten Ausführungsform eine Lenkrückführung zum Lenkrad 1 gemäß der Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt, wie in 3 dargestellt. Wenn die externe Kraft auf die lenkbaren Laufräder 4 und 5 aufgebracht ist, wird eine Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt erzeugt. Die Lenkrückführung ändert sich bezüglich eines Zustandes ohne externe Kraft gemäß der Abweichung, die einen Fahrer darüber informiert, dass eine externe Kraft auf die lenkbaren Laufräder 4 und 5 aufgebracht ist. Wie in 3 dargestellt, verhindert die Lenk-Rückführungssteuerung der ersten Ausführungsform ein überhöhtes Ausmaß der Lenkrückführung, die möglich ist, um das Drehen des Lenkrades 1 zu verhindern, wenn der tatsächliche Lenkradwinkel θs und das Lenkradwinkelverhältnis ωs (= dθs/dt) beträchtlich zunimmt. Die Eigenschaft der Lenkrückführung wird gemäß der Fahrzeugeigenschaft festgelegt. Der Grenzwert Ls wird so festgelegt, um mit einer Zunahme beim geschätzten Reifen-Straßen-Reibkoeffizienten μ größer zu werden. Dieses ist zum Schaffen eines geeigneten Ausmaßes der Lenkrückführung gemäß des geschätzten Reifen-Straßen-Reibkoeffizienten μ wirksam, d.h., zum Verhindern eines übermäßigen Ausmaßes der Lenkrückführung, die möglich ist, um das Drehen des Lenkrades 1 auf einer Straße mit geringem μ zu verhindern, oder ein relativ großes Ausmaß der Lenkrückführung auf einer Straße mit großem μ zu ermöglichen.
  • Das Folgende beschreibt die Auswirkungen und Vorteile der Lenkungsvorrichtung der ersten Ausführungsform ((A1) – (A6)).
  • (A1) Eine Lenkungsvorrichtung für ein lenkbares Fahrzeug umfassend:
    einen Lenk-Aktuator 6, der ausgelegt ist, um einen Lenkaufwand zu erzeugen, um eine Lenk-Ausgabe θt des Fahrzeugs gemäß eines Lenk-Aufwand-Befehls Ita zu regulieren; eine Lenk-Eingabeeinheit 1, 8, die ausgelegt ist, um eine Lenk-Eingabe θs festzulegen; einen Störgrößen-Bestimmungsbereich 18, der ausgelegt ist, um einen Störgrößen-Indikator Δβ zu bestimmen, der eine Störgrößeneingabe am Fahrzeug anzeigt; und einen Lenk-Regler 16, der zur Signalkommunikation mit dem Lenk- Aktuator 6 der Lenk-Eingabeeinheit 1, 8, und dem Störgrößen-Bestimmungsbereich 18 verbunden und ausgelegt ist, um das Folgende auszuführen:
    Festlegen einer gewünschten Lenk-Ausgabe θta gemäß der Lenk-Eingabe θs; Festlegen des Lenk-Aufwandbefehls Ita gemäß der gewünschten Lenk-Ausgabe θta; Einstellen des Lenk-Aufwandbefehls Ita gemäß des Störgrößen-Indikators Δβ, und Ausgeben des eingestellten Lenk-Aufwandbefehls Ita zum Lenk-Aktuator 6; wobei der Lenk-Regler 16 ausgelegt ist, um den Lenk-Aufwandbefehl Ita einzustellen, um mit einer Zunahme beim Störgrößen-Indikator Δβ kleiner zu werden; wobei das Fahrzeug ein Radfahrzeug ist, wobei der Lenk-Aktuator 6 ausgelegt ist, um einen Lenkaufwand zu erzeugen, um einen Lenkwinkel der Laufräder 4, 5 des Fahrzeugs gemäß des Lenkaufwandbefehls Ita zu regulieren; und wobei die Lenk-Eingabeeinheit 1, 8 ein Lenkrad ist, das ausgelegt ist, um einen Lenkradwinkel als Lenkeingabe θs festzulegen, die zum Nachbilden mit ausreichender Genauigkeit einer gewünschten Torsion zwischen dem Lenk-Eingabebereich und dem Lenk-Ausgabereich wirksam ist, wenn das Fahrzeug mit lenkbaren Laufrädern 4 und 5, die mit einer externen Kraft beaufschlagt sind, gefahren wird, um die Stabilität des Fahrzeug-Kurvenverhaltens zu sichern, den Fahrzeugkomfort und das Lenkgefühl zu verbessern.
  • (A2) Die Lenkungsvorrichtung, wobei der Lenk-Regler 16 ausgelegt ist, um den Lenk-Aufwandbefehl Ita einzustellen, um mit einer Zunahme im mechanischen Teil der Längssteifigkeit des Fahrzeugs kleiner zu werden, die zum Nachbilden mit ausreichender Genauigkeit einer Torsion zwischen dem Lenk-Eingabebereich und dem Lenk-Ausgabebereich gemäß einer gewünschten Lenksteifigkeit eines Fahrzeugs (eines Sportwagentyps, eines Autos vom Sedan-Typ, etc.) wirksam ist.
  • (A3) Die Lenkungsvorrichtung, die ferner einen Lenk-Ausgabesensor 15 aufweist, der ausgelegt ist, um die Lenk-Ausgabe θt zu messen, wobei der Lenk-Regler 16 ausgelegt ist, um das Folgende auszuführen:
    Bestimmen, ob das Laufrad 4, 5 mit einem Hindernis in Kontakt ist oder nicht; und Festlegen der gewünschten Lenk-Ausgabe θta auf die gemessene Lenk-Ausgabe θt, und Verhindern der Einstellung des Lenk-Aufwandbefehls Ita, wenn bestimmt ist, dass das Laufrad 4, 5 mit einem Hindernis in Kontakt ist und die für das reibungslose Umstellen vom Steuermodus von der Steuerung für die Hindernis-Kontaktzustände zur Steuerung für den üblichen Laufrad-Lenkwinkel wegen der Änderung des gewünschten Laufrad-Lenkwinkels θta ohne direkte Änderung des Strombefehls zum Motor des Lenk-Ausgabebereichs wirksam ist, wenn die lenkbaren Laufräder 4 und 5 mit einem Hindernis in Kontakt sind.
  • (A4) Die Lenkungsvorrichtung, die ferner einen Lenk-Ausgabesensor 15 umfasst, der ausgelegt ist, um die Lenk-Ausgabe θt zu messen, wobei der Lenk-Regler 16 ausgelegt ist, den Lenkaufwandbefehl Ita gemäß der gewünschten Lenk-Ausgabe θta und der gemessenen Lenk-Ausgabe θt festzulegen, und die ferner umfasst: einen Rückführ-Aktuator 2, der ausgelegt ist, um eine Lenk-Rückführung zur Lenk-Eingabeeinheit 1, 8 gemäß eines Lenk-Rückführbefehls Tms erzeugt; und einen Rückführregler 10, der ausgelegt ist, um den Lenk-Rückführbefehl Tms gemäß einer Differenz zwischen der gewünschten Lenk-Ausgabe θta und der gemessenen Lenk-Ausgabe θt festlegt, die zum Informieren eines Fahrers darüber wirksam ist, dass eine externe Kraft auf die lenkbaren Laufräder 4 und 5 aufgebracht ist, wenn das Motorantriebsmoment gemäß der auf die lenkbaren Laufräder 4 und 5 aufgebrachten externen Kraft gesteuert wird, um eine Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt zu erzeugen.
  • (A5) Die Lenkungsvorrichtung, wobei der Störgrößenbestimmungsbereich 19 ausgelegt ist, um eine Differenz zwischen einem gewünschten Fahrzeug-Schräglaufwinkels β* des Fahrzeugs und einem tatsächlichen Fahrzeug-Schräglaufwinkel des Fahrzeugs als Störgrößenindikator Δβ zu bestimmen, die zum Messen mit ausreichender Genauigkeit der externen Kräfte an den lenkbaren Laufrädern 4 und 5 wirksam ist, die das Fahrzeug-Dynamikverhalten, wie zum Beispiel das Kurvenverhalten, und das Durchbiegen der Fahrzeugkarosserie infolge der Straßenoberflächen-Störgröße beeinflusst.
  • (A6) Die Lenkungsvorrichtung, die ferner einen Lenk-Ausgabesensor 15 umfasst, der ausgelegt ist, um die Lenk-Ausgabe θt zu messen, wobei der Lenk-Regler 16 ausgelegt ist, den Lenkaufwandbefehl Ita gemäß der gewünschten Lenk-Ausgabe θta und der gemessenen Lenk-Ausgabe θt festzulegen, wobei der Lenk-Regler 16 einen Störgrößenkompensator 16b umfasst, der ausgelegt ist, um eine Störgrößenkompensation gemäß des Lenk-Aufwandbefehls Ita und der gemessenen Lenk-Ausgabe θt zu bestimmen und wobei der Lenk-Regler 16 ausgelegt ist, um die Störgrößenkompensation einzustellen, um mit einer Zunahme beim Störgrößen-Indikator Δβ; Tf zum Einstellen des Lenk-Aufwandbefehls Ita kleiner zu werden, die zum Ermöglichen einer einfachen Anordnung eines Steuerungssystems zum absichtlichen Erzeugen einer stationären Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt gemäß eines externen Kraftindikators, durch Hinzufügen eines Störgrößen-Kompensations-Begrenzers zum Begrenzen der Ausgabe der Störgrößen-Kompensation gemäß eines externen Kraftindikators zum Lenk-Ausgaberegler 16 einschließlich des stabilen Kompensators 16b wirksam ist.
  • Gemäß der 8 und 9 wird eine Lenkungsvorrichtung für ein lenkbares Fahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. In der zweiten Ausführungsform ermittelt die Lenkungsvorrichtung eine Axialkraft zum Lenken der lenkbaren Laufräder 4 und 5 als externen Kraftindikator. 8 ist ein System-Blockdiagramm, das ein Lenk-Ausgabesteuersystem, das mit einer stabilen Modellanpassungstechnik erstellt ist, gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt. Wie in 8 dargestellt, umfasst der Lenk-Ausgaberegler 16 einen Modellanpassungskompensator 16a, stabilen Kompensator oder Störgrößenkompensator 16b, Subtrahierer 16d, Strombegrenzer 16e, Hindernis-Kontakt-Bestimmungsbereich 16f, Schalter 16g und einen Störgrößen-Kompensations-Begrenzer 16c. Somit wird der Störgrößen-Kompensations-Begrenzer 16c der ersten Ausführungsform durch den Störgrößen-Kompensations-Begrenzer 26c in der zweiten Ausführungsform ersetzt. In der zweiten Ausführungsform dient der externe Kraftsensor 19 als Störgrößen-Bestimmungsbereich, der ausgelegt ist, einen Störgrößenindikator zu bestimmen, der einen Störgrößeneingang am Fahrzeug anzeigt.
  • Der Störgrößen-Kompensations-Begrenzer 26c ist ausgelegt, um die Störgrößenkompensation vom stabilen Kompensator 16b zu begrenzen, so dass die Störgrößenkompensation vom stabilen Kompensator 16b mit einer Zunahme beim externen Kraftindikator, der eine auf die lenkbaren Laufräder 4, 5 aufgebrachte externe Kraft anzeigt, abnimmt, die eine auf die lenkbaren Laufräder 4, 5 aufgebrachte Axialkraft Tf ist.
  • Das Folgende beschreibt die Lenk-Ausgabesteuerabläufe der Lenkungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform. 9 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Lenk-Ausgabesteuerablauf, der durch den Lenk-Ausgaberegler 16 auszuführen ist, darstellt. Die Schritte S21, S22 und S23 im Ablaufdiagramm von 9 sind jeweils die gleichen Schritte S1, S2 und S3 wie im Ablaufdiagramm von 6.
  • Im Anschluss an die Bestimmung beim Schritt S22, dass die lenkbaren Laufräder 4, 5 mit keinem Hindernis in Kontakt sind, berechnet der Lenk-Ausgaberegler 16 beim Schritt S24 die auf die lenkbaren Laufräder 4 und 5 aufgebrachte externe Kraft Tf gemäß des Sensorsignals vom externen Kraftsensor 19. Anschließend geht der Ablauf beim Schritt S25 weiter.
  • Beim Schritt S25 bestimmt der Lenk-Ausgaberegler 16 einen Grenzwert zum Begrenzen der Störgrößenkompensation gemäß der externen Kraft Tf und einer vorbestimmten Verstärkung Kcs. Die Verstärkung Kcs ist gemäß der Fahrzeugeigenschaften vorbestimmt. Insbesondere wird zuerst der Grenzwert festgelegt, um mit einer Zunahme bei der externen Kraft Tf kleiner zu werden. Als zweites wird der Grenzwert mit der Verstärkung Kcs multipliziert, um einen endgültigen Grenzwert zum Begrenzen der Störgrößenkompensation zu erhalten. Anschließend kehrt der Ablauf zum Schritt S1 zurück. Wenn folglich die externe Kraft Tf nicht auftritt, wird die Störgrößenkompensation des stabilen Kompensators 16b am Störgrößen-Kompensations-Begrenzer 26c nicht begrenzt, so dass der Motorstrombefehl Ita berechnet wird, um bei voller Störgrößenkompensation groß zu sein. Andererseits, wenn die externe Tf auftritt, wird die Störgrößenkompensation des stabilen Kompensators 16d durch den Störgrößen-Kompensations-Begrenzer 26c begrenzt, so dass der Motorstrombefehl Ita berechnet wird, um kleiner zu sein, als im Fall ohne externe Kraft. Da außerdem die Begrenzung des Störgrößen-Kompensations-Begrenzers 26c mit einer Zunahme bei der externen Kraft Tf vergrößert wird, d.h., weil die Störgrößenkompensation mit einer Zunahme bei der externen Kraft Tf reduziert wird, wird der Motorstrombefehl Ita berechnet, um mit einer Zunahme bei der externen Kraft Tf kleiner zu werden. Die Verstärkung Kcs wird festgelegt, um mit einer Zunahme bei der Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie oder einer gewünschten Lenksteifigkeit größer zu werden. Z.B. wird die Verstärkung Kcs eines Sportwagentyps mit einer hohen Lenksteifigkeit größer als ein Auto vom Sedan-Typ festgelegt.
  • Das Folgende beschreibt die Lenk-Ausgabesteuerabläufe der Lenkungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform, wenn eine externe Kraft auf die lenkbaren Laufräder aufgebracht wird. In der Lenkungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform stellt der Lenk-Ausgaberegler 16 den Motorstrombefehl Ita zum Elektromotor des Lenk-Ausgabeaktuators 6 ein, um mit einer Zunahme bei der externen Kraft Tf kleiner zu werden, um eine stationäre Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt absichtlich zu erzeugen. Wenn folglich das Fahrzeug mit den lenkbaren Laufrädern 4 und 5, die mit einer externen Kraft beaufschlagt sind, gefahren wird, wird eine gewünschte Torsion zwischen dem Lenk-Eingabebereich und dem Lenk-Ausgabebereich mit ausreichender Genauigkeit durch die Laufrad-Lenkwinkel-Abweichung nachgebildet, um die Stabilität des Fahrzeug-Kuvenverhaltens zu sichern, den Fahrzeugkomfort und das Fahrgefühl zu verbessern. Wenn insbesondere das Fahrzeug auf einer kurvigen, holprigen, welligen oder ausgefahrenen Straße mit den lenkbaren Laufrädern 4 und 5, die mit keinem Hindernis in Kontakt sind, gefahren wird, geht der Ablauf in der Reihenfolge der Schritte S21, S22, S24 und S25 im Ablaufdiagramm von 9 weiter. Beim Schritt S25 wird der Grenzwert zum Begrenzen der Störgrößenkompensationsausgabe vom stabilen Kompensator 16b festgelegt, um mit einer Zunahme bei der externen Kraft Tf kleiner zu werden, und der festgelegte Grenzwert wird mit der Verstärkung Kcs multipliziert, um den endgültigen Grenzwert für das Begrenzen der Störgrößenkompensationsausgabe vom stabilen Kompensator 16b zu erhalten.
  • Das Folgende beschreibt den Grund zum Verwenden der externen Kraft Tf als externen Kraftindikator in der zweiten Ausführungsform. Zuerst kann ein Fahrzeug, das mit einem Drehmomentsensor an der Lenk-Zahnstangenwelle versehen ist, die Drehmomentsensordaten, wie sie sind, verwenden. Weil zweitens die Lenk-Ausgabesteuerung der zweiten Ausführungsform eine Winkelsteuerung des gesteuerten Motorstrombefehls Ita ist, der ein Motordrehmomentbefehl zum Motor ist, d.h., das Steuern des auf den Motor aufgebrachten Drehmoments gemäß einem externen Kraftindikator unter direkter Verwendung einer Mehrzahl von Drehmomenten als externen Kraftindikator ermöglicht eine schnelle und effektive Reaktion bei der Lenk-Ausgabesteuerung.
  • Das Folgende beschreibt die Auswirkungen und Vorteile der Lenkungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform. In der zweiten Ausführungsform erzeugt die Lenkungsvorrichtung die folgenden Auswirkungen und Vorteile (A7) zusätzlich zu den (A1 bis A6) der ersten Ausführungsform.
  • (A7) Die Lenkungsvorrichtung, bei der der Störgrößenbestimmungsbereich 19 ausgelegt ist, um den Lenkaufwand als Störgrößenindikator Tf zu messen, ist zum Erfassen eines relativ genauen externen Kraftindikators und zum Ausführen einer schnellen und wirksamen Einstellsteuerung des Motorstrombefehls Ita wirksam.
  • Gemäß der 10 und 11 wird eine Lenkungsvorrichtung für ein lenkbares Fahrzeug gemäß einer dritten Ausführungsform dargestellt. In der dritten Ausführungsform ist der Lenk-Ausgabebereich ausgelegt, um ein Steuersystem mit zwei Freiheitsgraden einschl. eines Feedforward-Kompensators und eines Feedback-Kompensators zu sein und um die Ausgabe vom Feedback-Kompensator zu begrenzen. 10 ist ein System-Blockdiagramm, das ein Lenk-Ausgabesteuersystem gemäß einer ersten Veränderung der dritten Ausführungsform darstellt. 11 ist ein System-Blockdiagramm, das ein Lenk-Ausgabesteuersystem gemäß einer zweiten Veränderung der dritten Ausführungsform darstellt. Wie in 10 und 11 dargestellt, umfasst der Lenk-Ausgaberegler 16 einen stabilen Kompensator 16b, Strombegrenzer 16e, Hindernis-Kontakt-Bestimmungsbereich 16f, Schalter 16g, einen Vorwärts- bzw. Feedforward-Kompensator 36a, ein normatives Modell 36i, ein zählendes Messgerät bzw. Totalizer 36j, einen Rückführ- bzw. Feedback-Kompensator 36k, und einen Rückführ- bzw. Feedback-Kompensations-Begrenzer 36c oder 37c.
  • Der Feedforward-Kompensator 36a ist ausgelegt, um den gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta zu empfangen, und einen Feedforward-Lenk-Motorstrombefehl Iff (Feedforward-Lenkaufwandbefehl) als Feedforward-Teil des Lenk-Motorstrombefehls zum Totalizer 36m auszugeben.
  • Das normative Modell 36i ist ausgelegt, um einen gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta zu empfangen, und einen normativen Laufrad-Lenkwinkel oder einen Referenz-Laufrad-Lenkwinkel θta_ref mittels eines normativen Modells Gm(s) zu erzeugen.
  • Der Subtrahierer 36j ist ausgelegt, um eine Abweichung zwischen der Ausgabe des Referenz-Laufrad-Lenkwinkels θta_ref vom normativen Modell 36i und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt zu berechnen.
  • Der Feedback-Kompensator 36k ist ausgelegt, um die Laufrad-Lenkwinkelabweichung vom Subtrahierer 36j zu empfangen, und um eine Lenk-Motorstrombefehl-Feedback-Kompensation Ifb (stationäre Störgrößenkompensation) als Feedback-Kompensation zum Lenk-Motorstrombefehl zum Feedback-Kompensations-Begrenzer 36c und 37c auszugeben.
  • Der Störgrößen-Kompensations-Begrenzer 36c oder 37c ist ausgelegt, um die Lenk-Motorstrombefehl-Feedback-Kompensation Ifb vom Feedback-Kompensator 36k mit einem Grenzwert, der mit einer Zunahme beim externen Kraftindikator, der eine auf die lenkbaren Laufräder 4, 5 aufgebrachte externe Kraft anzeigt, kleiner wird, zu begrenzen, und ausgelegt, um eine begrenzte Lenk-Motorstrombefehl-Feedback-Kompensation Ifblim zum Totalizer 36m auszugeben. In der ersten Veränderung der dritten Ausführungsform, wie in 10 dargestellt, ist der Störgrößen-Kompensations-Begrenzer 36c ausgelegt, um die Lenk-Motorstrombefehl-Feedback-Kompensation Ifb vom Feedback-Kompensator 36k mit einem Grenzwert zu begrenzen, der mit einer Zunahme bei der Schräglaufwinkelabweichung Δβ kleiner wird, wie in der ersten Ausführungsform. In der zweiten Veränderung der dritten Ausführungsform, wie in 11 dargestellt, ist der Störgrößen-Kompensations-Begrenzer 36c ausgelegt, um die Lenk-Motorstrombefehl-Feedback-Kompensation Ifb vom Feedback-Kompensator 36k mit einem Grenzwert zu begrenzen, der mit einer Zunahme bei der Schräglaufwinkelabweichung Δβ kleiner wird, wie in der zweiten Ausführungsform.
  • Der Totalizer 36m ist ausgelegt, um einen Motorstrombefehl Ita (vor dem Strombegrenzerablauf) durch Summieren des Feedforward-Lenk-Motorstrombefehl Iff vom Feedforward-Kompensator 36h der begrenzten Lenk-Motorstrombefehl-Feedback-Kompensation Ifblim vom Feedback-Kompensations-Begrenzer 36c, und der Störgrößenkompensation Irbst (wechselnde bzw. transiente Störgrößenkompensation) vom stabilen Kompensator 16b zu berechnen. Die anderen Elemente sind die gleichen wie in der ersten und zweiten Ausführungsform.
  • Das Folgende beschreibt die Lenk-Ausgabesteuerabläufe der Lenkungsvorrichtung der dritten Ausführungsform, wenn eine externe Kraft auf die lenkbaren Laufräder aufgebracht wird. In der Lenkungsvorrichtung der dritten Ausführungsform stellt der Lenk-Ausgaberegler 16 den Motorstrombefehl Ita zum Elektromotor des Lenk-Ausgabeaktuators 6 ein, um mit einer Zunahme bei der Schräglaufwinkel-Abweichung Δβ oder der externen Kraft Tf kleiner zu werden, um absichtlich eine stationäre Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt zu erzeugen. Wenn folglich das Fahrzeug mit den lenkbaren Laufrädern 4 und 5, die mit einer externen Kraft beaufschlagt sind, gefahren wird, wird eine gewünschte Torsion zwischen dem Lenk-Eingabebereich und dem Lenk-Ausgabebereich mit ausreichender Genauigkeit mittels der Laufrad-Lenkwinkelabweichung nachgebildet, die Stabilität des Fahrzeug-Kurvenverhaltens gesichert, der Fahrzeugkomfort und das Lenkgefühl verbessert.
  • In dem oben erwähnten Steuersystem mit zwei Freiheitsgraden einschl. des Feedforward-Kompensators 36h und des Feedback-Kompensators 36k gleicht der Feedback-Kompensator 36k die Fehler bezüglich des normativen Modells 36i aus, so dass die Reaktion des tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkels θt bezüglich des gewünschten Laufrad-Lenkwinkels θta im Vergleich zur ersten und zweiten Ausführungsform verbessert wird.
  • Wenn keine Torsion zwischen dem Lenk-Eingabebereich und dem Lenk-Ausgabebereich nachgebildet wird, wenn das Fahrzeug mit den lenkbaren Laufrädern 4 und 5, die mit einer externen Kraft beaufschlagt sind, gefahren wird, ist die Basis-Lenksteifigkeit der Lenkungsvorrichtung der dritten Ausführungsform größer als die der ersten und zweiten Ausführungsform. Folglich ist die Nachbildung der Torsion durch die dritte Ausführungsform für die Stabilität des Fahrzeugs-Dynamikverhaltens, dem Komfort, und dem Lenkgefühl wirksamer.
  • Das Folgende beschreibt die Auswirkungen und Vorteile der Lenkungsvorrichtung der dritten Ausführungsform. In der dritten Ausführungsform erzeugt die Lenkungsvorrichtung die folgenden Auswirkungen und Vorteile (A8) zusätzlich zu den Auswirkungen und Verteilen der ersten und zweiten Ausführungsformen (außer A6).
  • (A8) Die Lenkungsvorrichtung, die umfasst:
    einen Lenk-Ausgabesensor 15, der ausgelegt ist, um die Lenk-Ausgabe θt zu messen, wobei der Lenk-Regler 16 ausgelegt ist, den Lenkaufwandbefehl Ita gemäß der gewünschten Lenk-Ausgabe θta und der gemessenen Lenk-Ausgabe θt festzulegen, wobei der Lenkregler folgendes aufweist:
    einen Feedforward-Kompensator 36h, der ausgelegt ist, um einen Feedforward-Lenkaufwandbefehl Iff gemäß der gewünschten Lenk-Ausgabe θta zu bestimmen; einen Bereich, der ausgelegt ist, um eine normative Lenk-Ausgabe θta_ref gemäß der gewünschten Lenk-Ausgabe θta unter Verwendung eines normativen Modells des Fahrzeugs zu bestimmen; und einen Feedback-Kompensator 36k, der ausgelegt ist, um eine Feedback-Kompensation Ifb gemäß einer Differenz zwischen der gemessenen Lenk-Ausgabe θt und der normativen Lenk-Ausgabe θta_ref zu bestimmen; und wobei der Lenk-Regler 16 ausgelegt ist, um die Feedback-Kompensation Ifb einzustellen, um mit einer Zunahme beim Störgrößenindikator Δβ; Tf zum Einstellen des Lenk-Aufwandbefehls Ita kleiner zu werden, ist zum Verbessern der Reaktion und Nachführbarkeit zum gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta wegen des Steuersystems mit zwei Freiheitsgraden, und zum Nachbilden der Torsion mit ausreichender Genauigkeit wirksam, um die Stabilität des Fahrzeugs-Kurvenverhaltens zu sichern, den Fahrzeugkomfort und das Lenkgefühl zu verbessern, wenn das Fahrzeug mit den lenkbaren Laufrädern 4 und 5, die mit einer externen Kraft beaufschlagt sind, gefahren wird.
  • Obwohl die Vorrichtung zum Messen eines externen Kraftindikators ausgelegt ist, um die Schräglaufwinkelabweichung Δβ, oder die externe Kraft Tf in den oben erwähnten Ausführungen zu berechnen, kann die Vorrichtung zum Messen eines externen Kraftindikators ausgelegt werden, um irgendeinen anderen externen Kraftindikator zu messen, der den auf die lenkbaren Laufräder 4 und 5 aufgebrachten externen Kraftindikator anzeigt. Z.B. können die folgenden Variablen als externer Kraftindikator verwendet werden:
    • (i) Fahrzeug-Schräglaufwinkel,
    • (ii) Abweichung zwischen einem gemessenen Lenk-Motordrehmoment und einem geschätzten Lenk-Motordrehmoment, das gemäß des Lenk-Motorstrombefehls berechnet wird,
    • (iii) Störgrößendrehmoment, das gemäß der Abweichung zwischen einem gemessenen Lenk-Motorstrom und dem Lenk-Motorstrombefehl berechnet wird, oder
    • (iv) Abweichung zwischen einer gemessenen Axialkraft der Lenk-Zahnstangenwelle und einem geschätzten Lenk-Motordrehmoment, das gemäß des Lenk-Motorstrombefehls berechnet wird.
  • Obwohl der Lenk-Ausgaberegler ausgelegt ist, die Ausgabe der Störgrößenkompensation vom stabilen Kompensator in der ersten und zweiten Ausführungsform zu begrenzen, oder die Ausgabe vom Feedback-Kompensator in der dritten Ausführungsform zu begrenzen, kann der Lenk-Ausgaberegler in irgendeiner anderen Weise ausgelegt werden, um den Motordrehmomentbefehl zum Lenk-Ausgabeaktuator einzustellen, um mit einer Zunahme beim externen Kraftindikator kleiner zu werden. Z.B. kann der Lenk-Ausgaberegler ausgelegt werden, den endgültigen Motordrehmomentbefehl (Motorstrombefehl) zum Lenk- Aktuator zu begrenzen, oder sowohl die Ausgabe vom stabilen Kompensator als auch die Ausgabe vom Feedback-Kompensator gemäß eines externen Kraftindikators zu begrenzen.
  • Gemäß den 12 bis 22 wird eine Lenkungsvorrichtung für ein lenkbares Fahrzeug gemäß einer vierten Ausführungsform dargestellt. 12 ist ein schematisches Diagramm, das ein Kraftfahrzeug mit einer Lenkungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform darstellt. 13 ist ein schematisches Blockdiagramm, das die Lenkungsvorrichtung von 12 darstellt. Wie in den 12 und 13 dargestellt, wird die Lenkungsvorrichtung der vierten Ausführungsform durch Ersetzen des Lenk-Ausgabereglers 16, des Fahrzeug-Schräglaufwinkelsensors 18, und des externen Kraftsensors 19 der Lenkungsvorrichtung der ersten Ausführungsform mit einem Lenk-Ausgaberegler (Lenk-Regler) 46, einem Längsbeschleunigungssensor 48 und einem Seitenbeschleunigungssensor 49 erstellt.
  • Der Lenk-Ausgaberegler 46 ist als eine elektrische Steuer/Regeleinheit vorgesehen und ausgelegt, um den Lenk-Ausgabeaktuator 6 zu steuern. Der Lenk-Ausgaberegler 46 ist mit dem Lenk-Rückführregler 10 mit einer bidirektionalen Verbindungsleitung 17 zum gegenseitigen Datenaustausch verbunden. Der Lenk-Ausgaberegler ist ausgelegt, um die Eingabedaten vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 11, Lenk-Motorpositionssensor 15, Längsbeschleunigungssensor 48 und Seitenbeschleunigungssensor 49 zu empfangen. Der Längsbeschleunigungssensor 48 ist ausgelegt, um die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs zu messen. Der Seitenbeschleunigungssensor 49 ist ausgelegt, um eine Seitenbeschleunigung des Fahrzeugs zu messen. Der Lenk-Ausgaberegler 46 umfasst einen Hindernis-Kontakt-Bestimmungsbereich, einen Lenk-Motorsteuerbefehl-Bestimmungsbereich, und einen Lenk-Motorantriebsbereich. Der Hindernis-Kontakt-Bestimmungsbereich ist ausgelegt, um zu bestimmen, ob die lenkbaren Laufräder 4, 5 mit einem Hindernis in Kontakt sind oder nicht. Der Feedback-Kompensations-Bestimmungsbereich ist ausgelegt, um eine Kompensation zum Lenk-Motorstrombefehl gemäß der Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt infolge der Störgröße zu bestimmen. Der Lenk-Motorstrombefehl-Bestimmungsbereich ist ausgelegt, um einen Lenk-Motorstrombefehl durch Subtrahieren des Ausgangs eines stabilen Kompensators von der Summe des Ausgangs eines Feedforward-Kompensators und des Ausgangs eines Feedforward-Kompensators zu berechnen, um einen Lenk-Motorsteuerungs-Antriebsstrombefehl zu erhalten, und durch Begrenzen des Lenk-Motorstrombefehls innerhalb einer oberen Grenze zu berechnen. Der Lenk-Motorantriebsbereich umfasst einen Motorantriebsschaltkreis, der den Lenk-Motorsteuerbefehl in einen Antriebsstrombefehl Ita zum Elektromotor des Lenk-Ausgabeaktuators 6 umwandelt.
  • 14 ist ein System-Blockdiagramm, das ein Lenk-Ausgabesteuersystem gemäß der vierten Ausführungsform darstellt. Wie in 14 dargestellt, umfasst der Lenk-Ausgaberegler 46 einen Feedforward-Kompensator 46a, normatives Modell 46b, Subtrahierer 46c, Feedback-Kompensator 46d, Schalter 46e, Totalizer 46f, Strombegrenzer 46g, stabilen Kompensator 46h, und einen Verstärker 46j.
  • Der Feedforward-Kompensator 46a ist ausgelegt, um den gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta zu empfangen, und um einen Feedforward-Lenk-Motorstrombefehl Iff als Feedforward-Teil des Lenk-Motorstrombefehls zum Totalizer 46f auszugeben.
  • Das normative Modell 46b ist ausgelegt, um den gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta zu empfangen, und um einen normativen Laufrad-Lenkwinkel oder Referenz-Laufrad-Lenkwinkel θta_ref mittels einer normativen Modells Gm(s) zu erzeugen.
  • Der Subtrahierer 46c ist ausgelegt, um eine Abweichung durch Subtrahieren des tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkels θt von der Ausgabe des Referenz-Laufrad-Lenkwinkels θta_ref vom normativen Modell 46b zu berechnen.
  • Der Feedback-Kompensator 46d ist ausgelegt, um die Abweichung zwischen dem Referenz-Laufrad-Lenkwinkel θta_ref und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt zu empfangen, und eine Lenk-Motorstrombefehl-Feedback-Kompensation Ifb als Feedback-Kompensation zum Lenk-Motorstrombefehl zum Feedback-Verstärker 46j auszugeben.
  • Der Verstärker 46j ist ausgelegt, um die Lenk-Motorstrombefehl-Feedback-Kompensation Ifb zu empfangen, die Lenk-Motorstrombefehl-Feedback-Kompensation Ifb mit der Verstärkung Kcs zu multiplizieren, die gemäß der Fahrzeugeigenschaften vorbestimmt ist, und um den Wert (Kcs × Ifb) (stationäre Störgrößenkompensation) zum Schalter 46e auszugeben.
  • Der Schalter 46e ist ausgelegt, um gemäß des Fahrzeugzustands usw. auf EIN oder AUS geschaltet zu sein, um zu bestimmen, ob der Ausgabewert (Kcs × Ifb) vom Verstärker 46j zum Totalizer 46f ausgegeben werden soll.
  • Der Totalizer 46f ist ausgelegt, um den Motorstrombefehl Ita durch Subtrahieren der Ausgabe der Störgrößenkompensation Irbst vom stabilen Kompensator 46h von der Ausgabe des Feedforward-Lenk-Motorstrombefehls Iff vom Feedforward-Kompensator 46a zu berechnen. Der Totalizer 46f ist ferner ausgelegt, um den Ausgabewert (Kcs × Ifb) vom Verstärker 46j zum Motorstrombefehl Ita zu addieren, während der Schalter auf EIN geschaltet ist.
  • Der Strombegrenzer 46g ist ausgelegt, um einen elektrischen Strom durch den Elektromotor des Lenk-Ausgabeaktuators 6 zu begrenzen, um einen Überstrom zu verhindern. Insbesondere ist der Strombegrenzer 46g ausgelegt, um den Motorstrombefehl Ita, so wie er ist, auszugeben, falls der Motorstrombefehl Ita vom Totalizer 46f kleiner als oder gleich einem vorbestimmten Stromgrenzwert ist, und um den Stromgrenzwert als Motorstrombefehl Ita auszugeben, falls der Motorstrombefehl Ita größer als der Stromgrenzwert ist. Der Motorstrombefehl Ita wird zum Motor des Lenk-Ausgabeaktuators 6 als gesteuertes Objekt Gp(s) ausgegeben.
  • Der stabile Kompensator 46h ist ausgelegt, um den Motorstrombefehl Ita als Eingabe zum gesteuerten Objekt Gp(s) und um das gemessene Laufrad-Lenkwinkel-Verhältnis ωt als Ausgabe vom gesteuerten Objekt zu empfangen, um eine Störgröße zu schätzen, die eine Steuer-/Regelstörgröße einschl. eines Modellfehlers ist, wie z.B. eine Eingabe von einer holprigen, welligen oder ausgefahrenen Straße zu den lenkbaren Laufrädern, und ein Lenkmoment infolge einer Änderung bei der Last zu den lenkbaren Laufrädern beim Kurvenfahren oder Abbremsen, oder infolge der seitlichen Veränderung beim Antriebs-/Bremsdrehmoment zwischen den lenkbaren Laufrädern, die sich aus der seitlichen Veränderung beim Reifen-Straßen-Reibkoeffizienten μ ergibt, zu schätzen, und ausgelegt, um die geschätzte Störgröße auszugeben. Die Ausgabe der Störgrößenkompensation Irbst vom stabilen Kompensator 46h wird verwendet, um den Motorstrombefehl Ita in der Lenk-Ausgabesteuerung einzustellen. In der vierten Ausführungsform dienen der Feedback-Kompensator 46d und der stabile Kompensator 46h als Störgrößen-Bestimmungsbereich, der ausgelegt ist, um einen Störgrößenindikator zu bestimmen, der eine Störgrößeneingabe am Fahrzeug anzeigt.
  • Wie oben beschrieben, umfasst das Steuersystem des Lenk-Ausgabereglers 46 ein Steuersystem mit zwei Freiheitsgraden, einschl. des Feedforward-Kompensators 46e und Feedback-Kompensators 46d, den stabilen Kompensator 46h, und den Schalter 46e, der am Ausgang des Feedback-Kompensators 46d angeordnet ist. 15 ist ein System-Blockdiagramm, das ein Lenk-Ausgabesteuersystem darstellt, das mit einer stabilen Modellanpassungstechnik gemäß einer Referenzausführungsform erstellt ist. Da der stabile Kompensator 46h keine Mehrzahl von Winkeln (gemessener Laufrad-Lenkwinkel θt), aber eine Mehrzahl von Winkelgeschwindigkeiten (gemessenes Laufrad-Lenkwinkelverhältnis ωt) eines gesteuerten Objekts verwendet, führt der stabile Kompensator 46h die Kompensation gemäß der transienten Störgrößenkomponente, aber nicht gemäß der stationären Störgrößenkomponente aus, im Gegensatz zur Referenzausführungsform von 15. Ferner bestimmt das EIN/AUS-schalten des Schalters 46e, der in der Endstufe des Feedback-Kompensators 46d ausgebildet ist, ob die Störgrößenkompensation vom stabilen Kompensator 46h verwendet werden soll. Mit dem auf AUS geschalteten Schalters 46e wird eine stationäre Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt erzeugt. Andererseits, wenn der Schalter 46e auf AUS geschaltet ist, wird eine unbeabsichtigte Abweichung (die Abweichung von der neutralen oder von der beabsichtigten Abweichung) infolge verschiedener Faktoren, wie z.B. der Störgröße, zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt eliminiert.
  • Das Folgende beschreibt die Abläufe der Lenkungsvorrichtung der vierten Ausführungsform. 16 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Lenk-Ausgabesteuerablauf, der durch den Lenk-Ausgaberegler 46 auszuführen ist, darstellt.
  • Beim Schritt S41 liest der Lenk-Ausgaberegler 46 die Fahrzeuggeschwindigkeit V vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 11, die Längsbeschleunigung Gar vom Längsbeschleunigungssensor 48, die Seitenbeschleunigung GI vom Seitenbeschleunigungssensor 49, den gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta, der gemäß des tatsächlichen Lenkradwinkels θs vom Rückführmotorpositionssensor 9 festgelegt ist, den tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt vom Lenk-Motorpositionssensor 15, und den tatsächlichen Lenk-Motorantriebsstrom It vom Lenk-Motorantriebsstromsensor (nicht dargestellt), der im Motorantriebsschaltkreis angeordnet ist, ein. Nachfolgend geht der Ablauf beim Schritt S42 weiter. Unter Abdeckung der variablen Lenk-Verhältnismechanismen wird der gewünschte Laufrad-Lenkwinkel θta wie in der ersten Ausführungsform bestimmt.
  • Beim Schritt S42 bestimmt der Lenk-Ausgaberegler 46, ob die lenkbaren Laufräder 4, 5 mit einem Hindernis in Kontakt sind oder nicht. Wenn die Reaktion zum Schritt S42 JA ist, geht der Ablauf beim Schritt S43 weiter. Andererseits, wenn die Reaktion zum Schritt S42 NEIN ist, geht der Ablauf zum Schritt S44 über. Diese Bestimmung wird wie in der ersten Ausführungsform durchgeführt.
  • Beim Schritt S43 legt der Lenk-Ausgaberegler 46 den gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta auf den tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt auf der Basis der Bestimmung beim Schritt S42 fest, dass die lenkbaren Laufräder 4, 5 mit einem Hindernis in Kontakt sind. Nachfolgend kehrt der Ablauf zurück.
  • Beim Schritt S44 berechnet der Lenk-Ausgaberegler 46, das Ausmaß der Kompensation für die Abweichung zwischen dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt infolge der Störgröße. Anschließend geht der Ablauf beim Schritt S45 weiter. Das Kompensationsausmaß wird durch eine Verstärkung Kcs, die gemäß der Fahrzeugeigenschaften vorbestimmt ist, um die Unterschiede bei der Lenksteifigkeit nachzubilden, und gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit V eingestellt (um mit einer Zunahme bei der Fahrzeuggeschwindigkeit V kleiner zu werden). Z.B. wird die Verstärkung Kcs eines Sportwagentyps mit einer hohen Lenksteifigkeit größer als ein Auto vom Sedan-Typ festgelegt.
  • Beim Schritt S45 bestimmt der Lenk-Ausgaberegler 46, ob der Feedback-Kompensationsablauf ausgeführt wird oder nicht. Wenn die Reaktion beim Schritt S45 JA ist, geht der Ablauf beim Schritt S46 weiter. Andererseits, wenn die Reaktion beim Schritt S45 NEIN ist, geht der Ablauf beim Schritt S47 weiter. Die Bestimmung wird gemäß der Längsbeschleunigung Gar, Seitenbeschleunigung GI, und dem Betätigungszustand des Lenkrades 1 ausgeführt. In der vierten Ausführungsform bestimmt der Lenk-Ausgaberegler 46, den Feedback-Kompensationsablauf nicht auszuführen, während mindestens einer der folgenden Zustände erfüllt wird, und bestimmt, den Feedback-Kompensationsablauf auszuführen, während alle folgenden Zustände nicht erfüllt sind.
  • Zustand 1:
  • Die stationäre Abweichung, die durch den Feedback-Kompensator 46d bestimmt wird, ist größer als oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert, wie z.B. einem Wert, der äquivalent einem Lenkradwinkel von 5° ist.
  • Zustand 2:
  • Längsbeschleunigung Gar ist größer als oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert Gath, der so groß ist, dass die Antriebsräder durchrutschen.
  • Zustand 3:
  • Längsbeschleunigung Gar ist kleiner als oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert Grth, der ein so großer negativer Wert ist, dass die Laufräder blockiert sind.
  • Zustand 4:
  • Seitenbeschleunigung GI ist größer als oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert GIth, der so groß ist, dass die Klebrigkeit bzw. das Haften der Laufradinnenseiten am Boden verloren geht.
  • Zustand 5:
  • Das Lenkrad 1 wird festgehalten. Insbesondere wird der Lenkradwinkel des Lenkrads 1 im Wesentlichen über eine vorbestimmte Zeitdauer konstant gehalten.
  • Der obige Ablauf bewirkt die Fahrzeugsicherheit. Der Zustand 5 wird vorgesehen, weil ein Fahrer, wenn das Lenkrad 1 gehalten wird, davon ausgeht, die Absicht zu haben, den vorhandenen Zustand beizubehalten.
  • Beim Schritt S46 schaltet der Lenk-Ausgaberegler 46 den Schalter 46e auf EIN, in Übereinstimmung mit der Bestimmung beim Schritt S45, dass die Feedback-Kompensation auszuführen ist. Anschließend kehrt der Ablauf zurück.
  • Beim Schritt S47 schaltet der Lenk-Ausgaberegler den Schalter 46e auf AUS, in Übereinstimmung mit der Bestimmung beim Schritt S45, dass die Feedback-Kompensation nicht auszuführen ist. Anschließend kehrt der Ablauf zurück.
  • Das Folgende beschreibt die Lenk-Ausgabesteuerabläufe der Lenkungsvorrichtung der vierten Ausführungsform. Im Gegensatz zur Referenzausführungsform steuert die Lenkungsvorrichtung der vierten Ausführungsform den Lenk- Ausgabeaktuator 6 durch Aufteilen der Kompensation für die geschätzte Störgröße in eine transiente Komponente und eine stationäre Komponente und durch Steuern der Größe der stationären Komponente der Kompensation. Wenn folglich eine Störgröße eingegeben ist, erzeugt die Lenkungsvorrichtung der vierten Ausführungsform absichtlich eine stationäre Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt, um eine gewünschte Torsion zwischen den Lenk-Eingabebereich und dem Lenk-Ausgabebereich gemäß der Störgröße nachzubilden, und um ein Unstimmigkeitsgefühl eines Fahrers zu verhindern.
  • Wenn die lenkbaren Läufräder 4, 5 mit keinem Hindernis in Kontakt sind und die durch den Feedback-Kompensator 46d bestimmte stationäre Abweichung größer als oder gleich dem Schwellenwert ist, geht der Ablauf in der Reihenfolge der Schritte S41, S42, S44, S45 und S47 im Ablaufdiagramm von 16 weiter. Beim Schritt S47 wird der Schalter 46e auf AUS geschaltet. Folglich wird die Größe der Kompensation für die stationäre Komponente der Störgröße auf Null festgelegt. Dadurch wird eine stationäre Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt erzeugt, wie in 19 dargestellt.
  • Andererseits, wenn die durch den Feedback-Kompensator 46d bestimmte stationäre Abweichung kleiner als der Schwellenwert ist, geht der Ablauf in der Reihenfolge der Schritte S41, S42, S44, S45 und S46 im Ablaufdiagramm von 16 weiter. Beim Schritt S46 wird der Schalter 46e auf EIN geschaltet. Folglich wird der Motorbefehl Ita gemäß der Kompensation für die Abweichung infolge der stationären Komponente der Störgröße ausgeglichen. Dieses verhindert Steuerungsfehler und beeinflusst das Lenkgefühl nachteilig, das sich aus der Abweichung gemäß der Störgröße ergibt, wie in 20 dargestellt.
  • Andererseits, wenn bestimmt wird, dass die lenkbaren Laufräder 4 und 5 mit einem Hindernis in Kontakt sind, geht der Ablauf in der Reihenfolge der Schritte S41, S42 und S43 im Ablaufdiagramm von 16 weiter. Beim Schritt S43 wird der gewünschte Laufrad-Lenkwinkel θta auf den tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt festgelegt, d.h., die Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt wird so gesteuert, um Null zu sein. Somit wird der Strombefehl zum Lenk-Ausgabebereichsmotor nicht auf einen Wert festgelegt, der dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta im Lenk-Ausgabebereich gemäß des tatsächlichen Lenkradwinkels θs, wie in üblicher Weise, äquivalent ist, sondern auf einen Wert in der Weise festgelegt, dass die Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt Null ist. Mit dieser Festlegung, auch wenn ein Fahrer das Lenkrad 1 weiter dreht, bewegt sich der Lenk-Ausgabebereich nicht mehr. Folglich ist die Größe des Motorstroms überflüssig, um die Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt aufzuheben. Nur die Größe des Motorstroms reicht aus, um den Laufrad-Lenkwinkel θt in der vorhandenen Position zu halten. Dadurch begrenzt die Lenkungsvorrichtung der ersten Ausführungsform den Strom zum Motor, um den Motor gegen Überhitzung zu schützen. Wenn zusätzlich die lenkbaren Laufräder 4 und 5 mit einem Hindernis in Kontakt sind, wird der gewünschte Laufrad-Lenkwinkel θta im Lenk-Ausgabebereich ohne direktes Verändern des Strombefehls zum Motor des Lenk-Ausgabebereichs auf einen bestimmten Wert verändert. Folglich wird der Steuerungsmodus wieder von der Steuerung für die Hindernis-Kontaktzustände reibungslos in die übliche Laufrad-Lenkwinkelsteuerung umgestellt.
  • Die 21A und 22B sind Ansichten, die eine beispielhafte Reaktion auf den tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt bei der Steuerung ohne Feedback-Kompensation mit dem im AUS-Zustand befindlichen Schalter 46e gemäß der vierten Ausführungsform und einer Reaktion auf den tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt gemäß einer Referenzausführungsform bezüglich des gewünschten Laufrad-Lenkwinkels θta darstellt, wo die Störgröße in das Lenk-Ausgabesteuersystem eingegeben wird. Wie in den 21A und 21B dargestellt, wenn die durch den Feedback-Kompensator 46d bestimmte stationäre Abweichung größer als oder gleich dem Schwellenwert ist, wird der Motorstrombefehl mit der Kompensation für die stationäre Komponente der Störgröße nicht ausgeglichen, um eine stationäre Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel 8t zu erzeugen, und dadurch eine gewünschte Torsion zwischen dem Lenk-Eingabebereich und dem Lenk-Ausgabebereich gemäß der Störgröße nachzubilden.
  • 22 ist eine Ansicht, die eine beispielhafte Reaktion des tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkels θt bei der Steuerung mit der Störgrößenkompensation mit dem auf EIN stehenden Schalter 46e bezüglich des gewünschten Laufrad-Lenkwinkels θta gemäß der vierten Ausführungsform darstellt.
  • Wenn der tatsächliche Laufrad-Lenkwinkel θt von der neutralen oder von einer beabsichtigten Abweichung bezüglich des gewünschten Laufrad-Lenkwinkels θta abweicht, wird der Motorstrombefehlt mit der Kompensation für die stationäre Komponente der Störgröße ausgeglichen, um den tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt schnell zum gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta zu regulieren.
  • In der vierten Ausführungsform wird die stationäre Störgrößenkompensation proportional zur Verstärkung Kcs, die gemäß der Fahrzeugeigenschaften vorbestimmt ist, festgelegt. Die Verstärkung Kcs wird festgelegt, um mit einer Zunahme bei der Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie größer zu werden. Folglich dient die Verstärkung Kcs mit ausreichender Genauigkeit zum Nachbilden einer gewünschten Torsion zwischen dem Lenk-Eingabebereich und dem Lenk-Ausgabebereich gemäß einer gewünschten Lenksteifigkeit eines Fahrzeugs (eines Sportwagentypos, eines Autos vom Sedan-Typ, etc.). Außerdem wird die stationäre Störgrößenkompensation festgelegt, um mit einer Zunahme bei der Fahrzeuggeschwindigkeit V kleiner zu werden, weil die Änderung im Fahrzeugdynamikverhalten infolge der stationären Störgrößenkompensation mit einer Zunahme bei der Fahrzeuggeschwindigkeit V größer wird. Somit wird die Auswirkung der Fahrzeuggeschwindigkeit V auf das Fahrzeugdynamikverhalten richtig eingestellt.
  • Auch wenn der tatsächliche Laufrad-Lenkwinkel θt vom gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta gemäß der Störgröße abweicht, wird die Kompensation für die stationäre Komponente der Störgröße auf Null festgelegt, falls sich das Fahrzeug in einem raschen Beschleunigungs-/Abbremszustand oder in einem übermäßigen Rutsch- bzw. Schleuderzustand befindet.
  • Falls die Änderung im Fahrzeugdynamikverhalten groß ist, wird somit die Abweichung infolge der Störgröße beibehalten, um die Änderung im Fahrzeugdynamikverhalten im Falle der Aufhebung der Abweichung zu verhindern, und das Fahrzeugdynamikverhalten zu stabilisieren. Wenn außerdem das Lenkrad 1 konstant gehalten wird, wird die Kompensation für die stationäre Komponente der Störgröße auf Null festgelegt. D.h., wenn ein Fahrer davon ausgeht, nicht zu lenken und die Absicht hat, den gegenwärtigen Zustand zu halten, bleibt die Abweichung infolge der stationären Komponente der Störgröße übrig, um ein Unstimmigkeitsgefühl des Fahrers zu verhindern.
  • Das folgende beschreibt die Auswirkungen und Vorteile der Lenkungsvorrichtung der vierten Ausführungsform ((B1) – (B10)).
  • (B1) Die Lenkungsvorrichtung, wobei der Störgrößenbestimmungsbereich 46a, 46d ausgelegt ist, um eine transiente Komponente der Störgröße und eine stationäre Komponente der Störgröße zu bestimmen, und wobei der Lenk-Regler 46 ausgelegt ist, um das folgende auszuführen:
    Bestimmen einer transienten Störgrößenkompensation Irbst gemäß der transienten Komponente der Störgröße; Bestimmen einer stationären Störgrößenkompensation Ifb gemäß der stationären Komponente der Störgröße; und Ausgleichen des Lenk-Aufwandbefehls Ita gemäß der transienten Störgrößenkompensation Irbst und der stationären Störgrößenkompensation Ifb zum Einstellen des Lenk-Aufwandbefehls Ita, ist zum Ausgleichen der transienten Steuerstörgrößen, die während der Änderung der Laufrad-Lenkwinkel eingegeben werden, und zum Erzeugen einer stationären Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt gemäß der externen Kräfte wirksam. Wenn das Fahrzeug mit den lenkbaren Laufrädern 4, 5, auf die die externen Kräfte aufgebracht werden, gefahren wird, wird demzufolge die Stabilität des Kurvenverhaltens sichergestellt und der Komfort und das Lenkgefühl verbessert. Da ein spezieller Sensor nicht notwendig ist, um eine stationäre Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt zu erzeugen, werden die Kosten aufgehoben. Zusätzlich ist der Motorstrombefehl Ita zum Elektromotor des Lenk-Ausgabeaktuators 6 zum Steuerungsablauf des Erzeugens einer stationären Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt kleiner als der für den Steuerablauf zum Erzeugen von keiner Abweichung dazwischen, um somit einen Motor von einem überhitzten Zustand zu schützen.
  • (B2) Die Lenkungsvorrichtung umfasst einen Feedforward-Kompensator 46a, der ausgelegt ist, um den Feedforward-Lenk-Motorstrombefehl Iff gemäß des gewünschen Laufrad-Lenkwinkels θta auszugeben; den stabilen Kompensator 46h, der ausgelegt ist, um die Störgrößenkompensation Irbst für die transiente Komponente der Störgröße gemäß der Differenz zwischen dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel-Verhältnis ωt und den Motorstrombefehl Ita auszugeben; den Feedback-Kompensator 46d, der ausgelegt ist, um die Lenk-Motorstrombefehl-Feedback-Kompensation Ifb gemäß der Differenz zwischen dem Referenz-Laufrad-Lenkwinkel θta_ref als Ausgabe vom normativen Modelleingang mit dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und den tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt auszugeben; den Verstärker 46j, der ausgelegt ist, um die Lenk-Motorstrombefehl-Feedback-Kompensation Ifb mit der Verstärkung Kcs gemäß der Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie auszugeben, um den Kompensationswert (Kcs Ifb) für die stationäre Komponente der Störgröße zu erzeugen; den Schalter 46e, der an der Ausgangsstufe des Verstärkers 46j vorgesehen und ausgelegt ist, um in den EIN/AUS-Zustand gemäß des Fahrzeugzustands geschaltet zu werden; und den Totalizer 46f, der ausgelegt ist, um den Motorstrombefehl Ita gemäß des Feedforward-Lenk-Motorstrombefehls Iff, der transienten Störgrößenkompensation Irbst, und der stationären Störgrößenkompensation (Kcs • Ifb) auszugeben, wobei sie zum Verändern des Ausmaßes der Kompensation für eine stationäre Störgröße mit einer einfachen Anordnung wirksam ist.
  • (B3) Die Lenkungsvorrichtung, die ferner einen Lenk-Ausgabesensor 15 umfasst, der ausgelegt ist, um ein Änderungsverhältnis ωt in der Lenk-Ausgabe θt zu messen, wobei der Lenk-Regler 46 ausgelegt ist, um das folgende auszuführen:
    Schätzen des Änderungsverhältnisses in der Lenk-Ausgabe 8t gemäß des Lenk-Aufwandbefehls Ita; und Schätzen der transienten Komponente der Störgröße gemäß einer Differenz zwischen dem geschätzten Änderungsverhältnis und dem gemessenen Änderungsverhältnis ωt, ist zum Schätzen der transienten Komponente der Störgröße ohne Verwenden eines speziellen Sensors und zum Regulieren der Reaktion der Lenk-Ausgabesteuerung in der Nähe von der Reaktion des normativen Modells 46b mittels der Kompensation für die transiente Komponente der Störgröße wirksam, wenn Fehler in den Parametern infolge des Modellfehlers des gesteuerten Objekts Gp(s) auftreten.
  • (B4) Die Lenkungsvorrichtung, die ferner einen Lenk-Ausgabesensor 15 umfasst, der ausgelegt ist, um die Lenk-Ausgabe θt zu messen, wobei der Lenk-Regler 46 ausgelegt ist, um das folgende auszuführen:
    Schätzen der Lenk-Ausgabe θt gemäß der gewünschten Lenk-Ausgabe θta; und Schätzen der stationären Komponente der Störgröße gemäß einer Differenz zwischen der geschätzten Lenk-Ausgabe θta_ref und der gemessenen Lenk-Ausgabe θt, ist zum Schätzen der stationären Komponente der Störgröße ohne Verwenden eines speziellen Sensors wirksam.
  • (B5) Die Lenkungsvorrichtung, wobei der Lenk-Regler 46 ausgelegt ist, um die stationäre Störgrößenkompensation Ifb einzustellen, um mit einer Zunahme bei der Karosseriesteifigkeit des Fahrzeugs größer zu werden, ist zum Nachbilden einer natürlichen Torsion zwischen dem Lenkrad 1 und den lenkbaren Laufrädern 4 und 5 gemäß einer gewünschten Lenksteifigkeit eines Fahrzeugs (eines Sportwagentyps, eines Autos vom Sedan-Typ, etc.) wirksam.
  • (B6) Die Lenkungsvorrichtung, wobei der Lenk-Regler 46 ausgelegt ist, um die stationäre Störgrößenkompensation Ifb einzustellen, um mit einer Zunahme bei der Längsgeschwindigkeit V des Fahrzeugs größer zu werden, ist zum Verhindern einer übermäßigen Änderung im Fahrzeug-Dynamikverhalten infolge der Kompensation für die stationäre Abweichung, und zum Stabilisieren des Fahrzeug-Dynamikverhaltens hinsichtlich der Fahrzeuggeschwindigkeit V wirksam.
  • (B7) Die Lenkungsvorrichtung, wobei der Lenk-Regler 46 ausgelegt ist, um die stationäre Störgrößenkompensation Ifb auf Null festzulegen, während die Lenk-Eingabe θs konstant gehalten wird, ist zum Verhindern eines Unstimmigkeitsgefühls eines Fahrers wirksam, wenn der Fahrer wünscht, den gegenwärtigen Lenkzustand beizubehalten.
  • (B8) Die Lenkungsvorrichtung, wobei der Lenk-Regler 46 ausgelegt ist, um die stationäre Störgrößenkompensation Ifb auf Null festzulegen, während ein Zustand des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, ist zum Verhindern einer übermäßigen Änderung im Fahrzeug-Dynamikverhalten infolge der Kompensation für die stationäre Abweichung, und zum Stabilisieren des Fahrzeug-Dynamikverhaltens wirksam.
  • (B9) Die Lenkungsvorrichtung, wobei der Lenk-Regler 46 ausgelegt ist, um die stationäre Störgrößenkompensation Ifb auf Null festzulegen, während die stationäre Komponente der Störgröße größer als oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert ist, ist zum Verhindern eines übermäßigen Motorstroms wirksam, um den Motor vor Überhitzung zu schützen, wenn die lenkbaren Laufräder 4 und 5 mit einem Hindernis in Kontakt sind.
  • (B10) Die Lenkungsvorrichtung umfasst ferner einen Rückführ-Aktuator 2, der ausgelegt ist, um eine Lenk-Rückführung zur Lenk-Eingabeeinheit 1, 8 gemäß eines Lenk-Rückführbefehls Tms erzeugt; und einen Rückführregler 10, der ausgelegt ist, um den Lenk-Rückführbefehl Tms gemäß einer Differenz zwischen der gewünschten Lenk-Ausgabe θta und der gemessenen Lenk-Ausgabe θt festlegt, ist zum Informieren eines Fahrers über die auf die lenkbaren Laufräder 4 und 5 aufgebrachten externen Kräfte mit einer Änderung in der Lenk-Rückführung zum Lenkrad 1 wirksam, wenn der tatsächliche Laufrad-Lenkwinkel θt vom gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta abweicht.
  • Gemäß der 23 bis 25 wird eine Lenkungsvorrichtung für ein lenkbares Fahrzeug gemäß einer fünften Ausführungsform dargestellt. 23 ist ein System-Blockdiagramm, das ein Lenk-Ausgabesteuersystem gemäß der fünften Ausführungsform darstellt. Wie in 23 dargestellt, wird der Schalter 46e von der vierten Ausführungsform in 5 durch einen Feedback-Kompensations-Begrenzer 56k, der an der Ausgabestufe des Feedback-Kompensators 46d ausgebildet ist, in der fünften Ausführungsform ersetzt.
  • 24 ist eine Ansicht, die ein Kennfeld zum Festlegen eines Grenzwerts Lfb darstellt. Wie in 24 dargestellt, ist der Feedback-Kompensations-Begrenzer 56k ausgelegt, um den Begrenzerwert Lfb einzustellen, um mit einer Zunahme bei der Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt größer zu werden. Wenn die Abweichung groß ist, wird der Begrenzerwert Lfb auf einen großen Wert festgelegt, um die Begrenzung zur Lenk-Motorstrombefehl-Feedback-Kompensation Ifb zu lockern, und die Abweichung schnell aufzuheben. Andererseits, wenn die Abweichung klein ist, wird der Begrenzerwert Lfb auf einen kleinen Wert festgelegt, um die Begrenzung zur Lenk-Motorstrombefehl-Feedback-Kompensation Ifb für die Rückführung zu vergrößern, um bezüglich der Abweichung behutsam zu wirken. Zusätzlich wird der Begrenzerwert Lfb gemäß der Parameter, wie z.B. der Fahrzeugeigenschaften, des Zustands der Fahrzeuge, und des Lenk-Betätigungszustands wie folgt verändert.
    • (a) Der Begrenzerwert Lfb wird festgelegt, um mit einer Zunahme bei der Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie größer zu werden.
    • (b) Der Begrenzerwert Lfb wird festgelegt, um mit einer Zunahme bei der Fahrzeuggeschwindigkeit V kleiner zu werden.
    • (c) Der Begrenzerwert Lfb wird festgelegt, um mit einer Zunahme bei der Längsbeschleunigung Gar kleiner zu werden.
    • s(d) Der Begrenzerwert Lfb wird festgelegt, um mit einer Zunahme bei der Seitenbeschleunigung GI kleiner zu werden.
    • (e) Der Begrenzerwert Lfb wird festgelegt, um mit einer Zunahme beim Lenkradwinkelverhältnis kleiner zu werden.
  • Das Folgende beschreibt die Abläufe der Lenkungsvorrichtung der fünften Ausführungsform. 25 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Lenk-Ausgabesteuerablauf darstellt, der durch einen Lenk-Ausgaberegler der fünften Ausführungsform ausgeführt wird. Wie in 25 dargestellt, sind die Schritte S46 und S47 im Ablaufdiagramm von 16 in der vierten Ausführungsform durch die Schritte S56 und S57 in der fünften Ausführungsform ersetzt.
  • Beim Schritt S56, in Übereinstimmung mit der Bestimmung beim Schritt S45, dass die Feedback-Kompensation auszuführen ist, legt der Lenk-Ausgaberegler 46 den Begrenzerwert Lfb des Feedback-Kompensations-Begrenzers 56k gemäß der Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie, der Fahrzeuggeschwindigkeit V, der Längsbeschleunigung, der Seitenbeschleunigung, und des Lenkradwinkelverhältnisses fest. Nachfolgend kehrt der Ablauf zurück.
  • Beim Schritt S57, in Übereinstimmung mit der Bestimmung beim Schritt S45, dass die Feedback-Kompensation nicht ausgeführt werden soll, legt der Lenkausgaberegler 46 den Begrenzerwert Lfb des Feedback-Kompensations-Begrenzers 56k auf Null fest. Anschließend kehrt der Ablauf zurück.
  • Gemäß des oben erwähnten Ablaufs, wenn die stationäre Abweichung beim Laufrad-Lenkwinkel, die durch den Feedback-Kompensation 46d bestimmt wird, kleiner als der Schwellenwert ist, wird der Motorstrombefehl Ita gemäß der Kompensation für die stationäre Komponente der Störgröße ausgeglichen, um die Steuerungsfehler, die infolge der Störgröße erzeugt werden, zu reduzieren und das Lenkgefühl zu verbessern. Andererseits, wenn die stationäre Abweichung beim Laufrad-Lenkwinkel, die durch den Feedback-Kompensator 46d bestimmt wird, größer als oder gleich dem Schwellenwert ist, wird die Kompensation für die stationäre Komponente der Störgröße auf Null festgelegt, um eine stationäre Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt zu erzeugen.
  • Außerdem wird die Kompensation für die stationäre Komponente der Störgröße durch eine obere Grenze, die gemäß der Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt bestimmt wird, durch Festlegen des Begrenzerwerts Lfb begrenzt, um mit einer Zunahme bei der Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt größer zu werden. Wenn folglich die stationäre Abweichung beim Laufrad-Lenkwinkel, der durch den Feedback-Kompensator 46d bestimmt wird, kleiner als der Schwellenwert ist, wird die Reaktion des Lenk-Ausgabesteuersystems gemäß der Abweichung zwischen dem gewünschten Laufrad-Lenkwinkel θta und dem tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkel θt gesteuert.
  • In der fünften Ausführungsform wird der Begrenzerwert Lfb des Feedback-Kompensations-Begrenzer 56k festgelegt, um mit einer Zunahme bei der Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie größer zu werden. Weil die Begrenzung der Kompensation für die stationäre Komponente der Stellgröße mit einer Zunahme bei der Karosseriesteifigkeit gelockert wird, wird die Reaktion der Steuerung verbessert. Zusätzlich wird der Begrenzerwert Lfb des Feedback-Kompensations-Begrenzers 56k festgelegt, um mit einer Zunahme bei der Fahrzeuggeschwindigkeit V, Längsbeschleunigung Gar, Seitenbeschleunigung GI kleiner zu werden, um die Begrenzung der Kompensation für die stationäre Komponente der Stellgröße zu stärken. Wenn sich folglich das Fahrzeug in einem Zustand befindet, wo das Dynamik-Verhalten in hohem Maße verändert wird, wie z.B. beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit, plötzlicher Beschleunigung und Abbremsung, schnellem Wenden, wird die Rückführung bezüglich der Abweichung allmählich erzeugt, um somit die Auswirkung auf das Fahrzeug-Dynamikverhalten zu reduzieren.
  • Das Folgende beschreibt die Auswirkungen und Vorteile der Lenkungsvorrichtung der fünften Ausführungsform. In der fünften Ausführungsform erzeugt die Lenkungsvorrichtung die folgenden Auswirkungen und Vorteile (B11) zusätzlich zu den Auswirkungen und Vorteilen (B1) bis (B10) der vierten Ausführungsform.
  • (B11) Die Lenkungsvorrichtung, die ferner einen Lenk-Ausgabesensor 15 umfasst, der ausgelegt ist, um die Lenk-Ausgabe θt zu messen, wobei der Lenk-Regler 46 ausgelegt ist, um das folgende auszuführen:
    Bestimmen einer oberen Grenze gemäß einer Differenz zwischen der gewünschten Lenk-Ausgabe θta und der gemessenen Lenk-Ausgabe θt; und Begrenzen der stationären Störgrößenkompensation Ifb innerhalb der oberen Grenze, ist zum schnellen Reduzieren der Abweichung wirksam, wenn die Abweichung groß ist, und zum langsamen Reduzieren der Abweichung wirksam, wenn die Abweichung klein ist.
  • Obwohl die spezifischen Ausführungsformen oben beschrieben wurden, kann der Feedback-Kompensator mit irgendeiner anderen Vorrichtung zum Schätzen der stationären Komponente der Störgröße ersetzt werden. Z.B. kann die Lenkungsvorrichtung einen Störgrößenkompensator verwenden, der ausgelegt ist, um die Störgröße gemäß des Motorstrombefehls Ita und des tatsächlichen Laufrad-Lenkwinkels θt zu schätzen, und einen Tiefpassfilter verwenden, der ausgelegt ist, um die geschätzte Stellgröße zu empfangen und eine geschätzte stationäre Abweichung zu schaffen.
  • Obwohl die Lenkungsvorrichtung auf ein steer-by-wire-System angewendet wird, bei dem der Lenk-Eingabebereich und der Lenk-Ausgabebereich in den dargestellten Ausführungsformen vollständig mechanisch getrennt sind, kann die Lenkungsvorrichtung auf ein System angewendet werden, wo die Lenk-Rückführung nicht auf ein Lenkrad während der normalen Zustände übertragen wird und wo der Lenk-Eingabebereich und der Lenk-Ausgabebereich als ausfallsichere Funktion mechanisch verbunden sind. Die Lenkungsvorrichtung kann auch auf eine Lenkungsvorrichtung für ein lenkbares Fahrzeug angewendet werden, das umfasst: einen Lenk-Aktuator, der ausgelegt ist, um einen Lenkaufwand zu erzeugen, um eine Lenk-Ausgabe des Fahrzeugs gemäß eines Lenkaufwandsbefehls zu regulieren; eine Lenk-Eingabeeinheit, die ausgelegt ist, um eine Lenk-Eingabe festzulegen; einen Störgrößen-Bestimmungsbereich, der ausgelegt ist, um einen Störgrößen-Indikator zu bestimmen, der eine Störgrößeneingabe am Fahrzeug anzeigt; und einen Lenk-Regler, der zur Signalkommunikation mit dem Lenk-Aktuator, der Lenk-Eingabeeinheit und dem Störgrößen-Bestimmungsbereich verbunden ist, und ausgelegt ist, um den Lenkaufwandbefehl zum Lenk-Aktuator auszugeben.
  • Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-299339, eingereicht am 13.10.2004, und der japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-361984, eingereicht am 14.12.2004. Der gesamte Inhalt dieser japanischen Patentanmeldungen Nr. 2004-299339 und 2004-361984 werden hiermit durch Bezugnahme zum Offenbarungsgehalt vorliegender Anmeldung gemacht.
  • Obwohl die Erfindung gemäß den bestimmten Ausführungsformen oben beschrieben worden ist, ist sie nicht auf diese oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt. Abänderungen und Varianten der oben beschriebenen Ausführungsformen erscheinen den Durchschnittsfachleuten im Licht der oben genannten Lehre. Sie werden durch die folgenden Ansprüche definiert.
  • Zusammenfassend kann folgendes festgehalten werden:
    Eine Lenkungsvorrichtung für ein lenkbares Fahrzeug umfasst einen Lenk-Aktuator 6, eine Lenk-Eingabeeinheit 1, 8, einen Störgrößen-Bestimmungsbereich 18, 19; 46a, 46d und einen Lenk-Regler 16, 46. Der Lenk-Aktuator 6 ist ausgelegt, um einen Lenkaufwand zu erzeugen, um die Lenk-Ausgabe des Fahrzeugs gemäß eines Lenk-Aufwandbefehls zu regulieren. Die Lenk-Eingabeeinheit 1, 8 ist ausgelegt, um eine Lenkeingabe festzulegen. Der Störgrößen-Bestimmungsbereich 18, 19; 46h, 46d ist ausgelegt, um einen Störgrößenindikator zu bestimmen, der einen Störgrößen-Eingang am Fahrzeug anzeigt. Der Lenk-Regler 16, 46 ist ausgelegt, um das Folgende auszuführen:
    Festlegen einer gewünschten Lenk-Ausgabe gemäß der Lenk-Eingabe; Festlegen des Lenk-Aufwand-Befehls gemäß der gewünschten Lenk-Ausgabe; Einstellen des Lenk-Aufwandbefehls gemäß des Stellgrößen-Indikators; und Ausgeben des eingestellten Lenk-Aufwand-Befehls zum Lenk-Aktuator 6.
    • 1
    Lenkrad
    2
    Lenk-Rückführaktuator
    3
    Lenk-Rückführeinheit
    4, 5
    Laufrad
    6
    Lenk-Ausgabeaktuator
    7
    Lenk-Ausgabeeinheit
    8
    Lenksäulenwelle
    9
    Rückführ-Motorpositionssensor
    10
    Lenk-Rückführregler
    10a
    Verstärker
    10b
    Differenzierschaltung
    10c
    Verstärker
    10d,i,j
    Addierer
    10e
    Subtrahierer
    10f,h
    Verstärker
    10k
    Begrenzer-Verarbeitungsteil bzw. -bereich
    11
    Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
    12
    Lenkgetriebemechanismus
    13
    Zahnstangenwelle
    15
    Lenk-Motorpositionssensor
    16
    Lenk-Ausgabesteuergerät bzw. -regler
    16a
    Modellanpassungskompensator
    16b
    Störgrößenkompensator bzw. stabiler Kompensator
    16c
    Störgrößenkompensations-Begrenzer
    16d
    Subtrahierer
    16e
    Strombegrenzer
    16f
    Hindernis-Kontakt-Bestimmungsbereich
    16g
    Schalter
    17
    Bidirektionale Verbindungsleitung
    18
    Fahrzeug-Schräglaufwinkelsensor
    19
    Externer Kraftsensor
    26c
    Störgrößenkompensations-Begrenzer
    36h,46a
    Vorwärts- bzw. Feedforward-Kompensator
    36k,46d
    Rückführ- bzw. Feedback-Kompensator
    36i,46b
    Normatives Modell
    36j,m,46f
    Zählendes Messgerät bzw. Totalizer
    36c,37c,56k
    Rückführ- bzw. Feedback-Kompensations-Begrenzer
    36j,46c
    Subtrahierer
    46e
    Schalter
    46g
    Strombegrenzer
    46h
    Störgrößenkompensator bzw. stabiler Kompensator
    46j
    Verstärker
    46
    Lenk-Ausgaberegler
    48
    Längsbeschleunigungssensor
    49
    Seitenbeschleunigungssensor
  • Legende zur Übersetzung der englischsprachigen Einträge der Zeichnung als Teil der Offenbarung
  • 1
    • 11 Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
    • 18 Fahrzeug-Schräglaufwinkelsensor
    • 19 Externer Kraftsensor
    • 7 Lenk-Ausgabeeinheit
    • 15 Lenk-Motorpositionssensor
    • 16 Lenk-Ausgaberegler
    • 10 Lenk-Rückführregler
    • 9 Rückführ-Motorpositionssensor
    • 3 Lenk-Rückführeinheit
  • 2
    • Sensor Regelgerät/-vorrichtung Aktuator
    • 9 Rückführ-Motorpositionssensor
    • 11 Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
    • 18 Fahrzeug-Schräglaufwinkelsensor
    • 19 Externer Kraftsensor
    • 15 Lenk-Motorpositionssensor
    • 10 Lenk-Rückführregler
    • Motorsteuerbefehl-Bestimmungsbereich
    • Motorantriebsbereich
    • Gewünschter Laufrad-Lenkwinkel-Bestimmungsbereich
    • 16 Lenk-Ausgaberegler
    • Hindernis-Kontakt-Bestimmungsbereich
    • Motorsteuerbefehl-Bestimmungsbereich
    • Motorantriebsbereich
    • 2 Lenk-Rückführaktuator
    • Motor zur Regelungsanwendung
    • 6 Lenk-Ausgabeaktuator
    • Motor zur Regelungsanwendung
  • 3
    • Gemessener Lenkradwinkel θs
    • Gewünschter Laufrad-Lenkwinkel θta
    • Gemessener Laufrad-Lenkwinkel θt
    • 10b Differenzierschaltung
    • 10g Differenzierschaltung
    • 10a Verstärkung Ka
    • 10c Verstärkung Ks
    • 10f Verstärkung Kfa
    • 10h Verstärkung Kfs
    • 10k Begrenzer
    • Rückführ-Motorsteuerbefehl Tms
  • 4A
    • Fahrzeuggeschwindigkeit
  • 4B
    • Fahrzeuggeschwindigkeit
  • 4C
    • Reifen-Straßen-Reibkoeffizient μ
  • 5 (Bezeichnung erfolgt von oben nach unten und von links nach rechts)
    • Gewünschter Laufrad-Lenkwinkel θta
    • Modellanpassungs-Kompensator
    • Feedforward-Verstärkung bmf
    • Störgrößenkompensationsausgabe
    • 16c Begrenzer
    • 16e Begrenzer
    • 16f Hindernis-Kontakt-Bestimmungsbereich
    • Lenk-Motorstrombefehl Ita
    • 16b Stabiler Kompensator
    • Gp(s) Gesteuertes Objekt
    • Gemessener Laufrad-Lenkwinkel θt
  • 6
    • S1 Einlesen: Gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit V, gewünschter Laufrad-Lenkwinkel θta, gemessener Laufrad-Lenkwinkel θt, und gemessener Lenk-Motorstrom It
    • S2 Ist das Laufrad mit einem Hindernis in Kontakt? NEIN/JA
    • S3 Festlegen des gewünschten Laufrad-Lenkwinkels θta auf den gemessenen Laufrad-Lenkwinkel θt
    • S4 Bestimmen des Fahrzeug-Schräglaufwinkels β
    • S5 Bestimmen des gewünschten Fahrzeug-Schräglaufwinkels β*
    • S6 Bestimmen der Fahrzeug-Schräglaufwinkelabweichung Δβ (= β* – β)
    • S7 Bestimmen des Grenzwerts für die Störgrößenkompensation
  • 7
    • Gewünschter Laufrad-Lenkwinkel
    • Tatsächlicher Laufrad-Lenkwinkel (Referenz)
    • Tatsächlicher Laufrad-Lenkwinkel (erste Ausführungsform)
    • Laufrad-Lenkwinkel
    • Störgrößen-Eingabe
    • Zeit
  • 8 (Bezeichnung erfolgt von oben nach unten und von links nach rechts)
    • Gewünschter Laufrad-Lenkwinkel θta
    • Modellanpassungs-Kompensator
    • Feedforward-Verstärkung bmf
    • Störgrößenkompensationsausgabe 16c Begrenzer 16e Begrenzer 16f Hindernis-Kontakt-Bestimmungsbereich
    • Lenk-Motorstrombefehl Ita 16b Stabiler Kompensator
    • Gp(s) Gesteuertes Objekt
    • Gemessener Laufrad-Lenkwinkel θt
  • 9
    • S21 Einlesen von: Gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit V, gewünschter Laufrad-Lenkwinkel θta, gemessener Laufrad-Lenkwinkel θt, und gemessener Lenk-Motorstrom It
    • S22 Ist das Laufrad mit einem Hindernis in Kontakt? NEIN/JA
    • S23 Festlegen des gewünschten Laufrad-Lenkwinkels θta auf den gemessenen Laufrad-Lenkwinkel θt
    • S24 Bestimmen der externen Kraft Tf
    • S25 Bestimmen des Grenzwertes für die Störgrößenkompensation
  • 10 (Bezeichnung erfolgt von oben nach unten und von links nach rechts) Gewünschter Laufrad-Lenkwinkel θta
    • 36h Feedforward-Kompensator
    • 36i Normatives Modell
    • 36k Feedback-Kompensator
    • 36c Begrenzer
    • 16f Hindernis-Kontakt-Bestimmungsbereich
    • 16e Begrenzer
    • 16b Stabiler Kompensator
    • Gp(s) Gesteuertes Objekt
    • Gemessener Laufrad-Lenkwinkel θt
  • 11 (Bezeichnung erfolgt von oben nach unten und von links nach rechts)
    • Gewünschter Laufrad-Lenkwinkel θta
    • 36h Feedforward-Kompensator
    • 36i normatives Modell
    • 36k Feedback-Kompensator
    • 37c Begrenzer
    • 16f Hindernis-Kontakt-Bestimmungsbereich
    • 16e Begrenzer
    • 16b Stabiler Kompensator
    • Gp(s) Gesteuertes Objekt
    • Gemessener Laufrad-Lenkwinkel θt
  • 12
    • 11 Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
    • 48 Längsbeschleunigungssensor
    • 49 Seitenbeschleunigungssensor
    • 7 Lenk-Ausgabeeinheit
    • 15 Lenk-Motorpositionssensor
    • 16 Lenk-Ausgaberegler
    • 10 Lenk-Rückführregler
    • 9 Rückführ-Motorpositionssensor
    • 3 Lenk-Rückführeinheit
  • 13
    • Sensor Regelgerät/-vorrichtung Aktuator
    • 9 Rückführ-Motorpositionssensor
    • 11 Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
    • 48 Längsbeschleunigungssensor
    • 49 Seitenbeschleunigungssensor
    • 15 Lenk-Motorpositionssensor
    • 10 Lenk-Rückführregler
    • Motorsteuerbefehl-Bestimmungsbereich
    • Motorantriebsbereich
    • Gewünschter Laufrad-Lenkwinkel-Bestimmungsbereich
    • 46 Lenk-Ausgaberegler
    • Hindernis-Kontakt-Bestimmungsbereich
    • Feedback-Kompensations-Bestimmungsbereich
    • Motorsteuerbefehl-Bestimmungsbereich
    • Motorantriebsbereich
    • 2 Lenk-Rückführaktuator
    • Motor zur Regelungsanwendung
    • 6 Lenk-Ausgabeaktuator
    • Motor zur Regelungsanwendung
  • 14 (Bezeichnung erfolgt von oben nach unten und von links nach rechts)
    • Gewünschter Laufrad-Lenkwinkel θta
    • 46a Feedforward-Kompensator
    • 46b Normatives Modell
    • 46d Feedback-Kompensator
    • Oder Fahrzeugzustand
    • Stationäre Abweichung < Schwellenwert
    • 46g Begrenzer
    • Lenk-Motorstrombefehl Ita
    • 46h Stabiler Kompensator
    • Gp(s) Gesteuertes Objekt
    • Gemessenes Laufrad-Lenkwinkel-Verhältnis ωt
    • Gemessener Laufrad-Lenkwinkel θt
  • 15 (Bezeichnung erfolgt von oben nach unten und von links nach rechts)
    • Gewünschter Laufrad-Lenkwinkel θta
    • Modellanpassungs-Kompensator
    • Feedforward-Verstärkung bmf
    • Begrenzer
    • Lenk-Motorstrombefehl Ita
    • Stabiler Kompensator
    • Gp(s) Gesteuertes Objekt
    • Gemessener Laufrad-Lenkwinkel θt
  • 16
    • S41 Einlesen: Fahrzeuggeschwindigkeit V,
    • Längsbeschleunigung Gar,
    • Längsbeschleunigung GI,
    • gewünschter Laufrad-Lenkwinkel θta,
    • gemessener Laufrad-Lenkwinkel θt, und
    • Lenk-Motorstrom It
    • S42 Ist das Laufrad mit einem Hindernis in Kontakt? JA/NEIN
    • S43 Festlegen des gewünschten Laufrad-Lenkwinkels θta auf den gemessenen Laufrad-Lenkwinkel θt
    • S44 Bestimmen des Ausmaßes der Feedback-Kompensation
    • S45 Ausführen der Feedback-Kompensation? JA/NEIN
    • S46 Einschalten des Feedback-Kompensations-Schalters
    • S47 Ausschalten des Feedback-Kompensations-Schalters
    • ENDE
  • 17
    • Lenkwelle
    • Getriebegehäuse
    • Verbindungsstange
    • Achsschenkelbolzen
    • Gelenkarm
  • 19
    • Laufrad-Lenkwinkel
    • Tatsächlicher Laufrad-Lenkwinkel (Referenz)
    • Tatsächlicher Laufrad-Lenkwinkel (vierte Ausführungsform)
    • Gewünschter Laufrad-Lenkwinkel θta
    • Stationäre Abweichung
    • Zeit
  • 20
    • Laufrad-Lenkwinkel
    • Tatsächlicher Laufrad-Lenkwinkel (Referenz)
    • Tatsächlicher Laufrad-Lenkwinkel (vierte Ausführungsform)
    • Gewünschter Laufrad-Lenkwinkel θta
    • Zeit
  • 21A
    • Störgröße
    • Störgröße
    • Zeit
  • 21B
    • Laufrad-Lenkwinkel
    • Gewünschter Laufrad-Lenkwinkel
    • Tatsächlicher Laufrad-Lenkwinkel (Referenz)
    • Tatsächlicher Laufrad-Lenkwinkel (vierte Ausführungsform)
    • Zeit
  • 22
    • Laufrad-Lenkwinkel
    • Unbeabsichtigte Abweichung
    • Gewünschter Laufrad-Lenkwinkel
    • Tatsächlicher Laufrad-Lenkwinkel
    • Zeit
  • 23 (Bezeichnung erfolgt von oben nach unten und von links nach rechts)
    • Gewünschter Laufrad-Lenkwinkel θta
    • 46a Feedforward-Kompensator
    • 46b Normatives Modell
    • 46d Feedback-Kompensator
    • 56k Begrenzer
    • Fahrzeugzustand
    • Stationäre Abweichung
    • 46g Begrenzer
    • Lenk-Motorstrombefehl Ita
    • 46h Stabiler Kompensator
    • Gp(s) Gesteuertes Objekt
    • Gemessenes Laufrad-Lenkwinkel-Verhältnis ωt
    • Gemessener Laufrad-Lenkwinkel θt
  • 24
    • Begrenzerwert Lfb
    • Veränderlich gemäß der Fahrzeugeigenschaft, des Fahrzeugzustands, und der Lenk-Eingabe
  • 25
    • S41 Einlesen: Fahrzeuggeschwindigkeit V,
    • Längsbeschleunigung Gar,
    • Längsbeschleunigung GI,
    • gewünschter Laufrad-Lenkwinkel θta,
    • gemessener Laufrad-Lenkwinkel θt, und
    • Lenk-Motorstrom It
    • S42 Ist das Laufrad mit einem Hindernis in Kontakt? JA/NEIN
    • S43 Festlegen des gewünschten Laufrad-Lenkwinkels θta auf den gemessenen Laufrad-Lenkwinkel θt
    • S44 Bestimmen des Ausmaßes der Feedback-Kompensation
    • S45 Ausführen der Feedback-Kompensation? JA/NEIN
    • S56 Festlegen des Feedback-Kompensations-Begrenzers, Lfb = 0
    • S57 Festlegen des Feedback-Kompensations-Begrenzers, Lfb ≠ 0
    • ENDE

Claims (21)

  1. Lenkungsvorrichtung für ein lenkbares Fahrzeug, umfassend: einen Lenk-Aktuator (6), der ausgelegt ist, um einen Lenkaufwand zu erzeugen, um eine Lenk-Ausgabe (θt) des Fahrzeugs gemäß eines Lenk-Aufwand-Befehls (Ita) zu regulieren; eine Lenk-Eingabeeinheit (1, 8), die ausgelegt ist, um eine Lenk-Eingabe (θs) festzulegen; einen Störgrößen-Bestimmungsbereich (18; 19; 46h, 46d), der ausgelegt ist, um einen Störgrößen-Indikator (Δβ, Tf) zu bestimmen, der eine Störgrößeneingabe am Fahrzeug anzeigt; und einen Lenk-Regler (16; 46), der zur Signalkommunikation mit dem Lenk-Aktuator (6) der Lenk-Eingabeeinheit (1, 8), und dem Störgrößen-Bestimmungsbereich (18; 19; 46h, 46d) verbunden und ausgelegt ist, um das Folgende auszuführen: Festlegen einer gewünschten Lenk-Ausgabe (θta) gemäß der Lenk-Eingabe (θs); Festlegen des Lenk-Aufwandbefehls (Ita) gemäß der gewünschten Lenk-Ausgabe (θta); Einstellen des Lenk-Aufwandbefehls (Ita) gemäß des Störgrößen-Indikators (Δβ, Tf); und Ausgeben des eingestellten Lenk-Aufwandbefehls (Ita) zum Lenk-Aktuator (6).
  2. Lenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Lenk-Regler (16) ausgelegt ist, um den Lenk-Aufwandbefehl (Ita) einzustellen, um mit einer Zunahme beim Störgrößen-Indikator (Δβ; Tf) kleiner zu werden.
  3. Lenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der Lenk-Regler (16) ausgelegt ist, um den Lenk-Aufwandbefehl (Ita) einzustellen, um mit einer Zunahme im mechanischen Teil der Längssteifigkeit des Fahrzeugs kleiner zu werden.
  4. Lenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Fahrzeug ein Radfahrzeug ist, woei der Lenk-Aktuator (6) ausgelegt ist, um einen Lenkaufwand zu erzeugen, um einen Lenkwinkel der Laufräder (4, 5) des Fahrzeugs gemäß des Lenkaufwandbefehls (Ita) zu regulieren; und wobei die Lenk-Eingabeeinheit (1, 8) ein Lenkrad ist, das ausgelegt ist, um einen Lenkradwinkel als Lenkeingabe (θs) festzulegen.
  5. Lenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, die ferner umfasst: einen Lenk-Ausgabesensor (15), der ausgelegt ist, um die Lenk-Ausgabe (θt) zu messen, wobei der Lenk-Regler (16) ausgelegt ist, um das Folgende auszuführen: Bestimmen, ob das Laufrad (4, 5) mit einem Hindernis in Kontakt ist oder nicht; und Festlegen der gewünschten Lenk-Ausgabe (θta) auf die gemessene Lenk-Ausgabe (θt), und Verhindern der Einstellung des Lenk-Aufwandbefehls (Ita), wenn bestimmt ist, dass das Laufrad (4, 5) mit einem Hindernis in Kontakt ist.
  6. Lenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner umfasst: einen Lenk-Ausgabesensor (15), der ausgelegt ist, um die Lenk-Ausgabe (θt) zu messen, wobei der Lenk-Regler (16) ausgelegt ist, den Lenkaufwandbefehl (Ita) gemäß der gewünschten Lenk-Ausgabe (θta) und der gemessenen Lenk-Ausgabe (θt) festzulegen.
  7. Lenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, die ferner umfasst: einen Rückführ-Aktuator (2), der ausgelegt ist, um eine Lenk-Rückführung zur Lenk-Eingabeeinheit (1, 8) gemäß eines Lenk-Rückführbefehls (Tms) erzeugt; und einen Rückführregler (10), der ausgelegt ist, um den Lenk-Rückführbefehl (Tms) gemäß einer Differenz zwischen der gewünschten Lenk-Ausgabe (θta) und der gemessenen Lenk-Ausgabe (θt) festlegt.
  8. Lenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei der Lenk-Regler (16) einen Störgrößenkompensator (16b) umfasst der ausgelegt ist, um eine Störgrößenkompensation gemäß des Lenk-Aufwandbefehls (Ita) und der gemessenen Lenk-Ausgabe (θt) zu bestimmen und wobei der Lenk-Regler (16) ausgelegt ist, um die Störgrößenkompensation einzustellen, um mit einer Zunahme beim Störgrößen-Indikator (Δβ; Tf) zum Einstellen des Lenk-Aufwandbefehls (Ita) kleiner zu werden.
  9. Lenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei der Lenk-Regler (16) umfasst: einen Feedforward-Kompensator (36a), der ausgelegt ist, um einen Feedforward-Lenkaufwandbefehl (Iff) gemäß der gewünschten Lenk-Ausgabe (θta) zu bestimmen; einen Bereich, der ausgelegt ist, um eine normative Lenk-Ausgabe (θta_ref) gemäß der gewünschten Lenk-Ausgabe (θta) unter Verwendung eines normativen Modells des Fahrzeugs zu bestimmen; und einen Feedback-Kompensator (36k), der ausgelegt ist, um eine Feedback-Kompensation (Ifb) gemäß einer Differenz zwischen der gemessenen Lenk-Ausgabe (θt) und der normativen Lenk-Ausgabe (θta_ref) zustimmen; und wobei der Lenk-Regler (16) ausgelegt ist, um die Feedback-Kompensation (Ifb) einzustellen, um mit einer Zunahme beim Störgrößenindikator (Δβ; Tf) zum Einstellen des Lenk-Aufwandbefehls (Ita) kleiner zu werden.
  10. Lenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Störgrößenbestimmungsbereich (19) ausgelegt ist, um eine Differenz zwischen einem gewünschten Fahrzeug-Schräglaufwinkels (β*) des Fahrzeugs und einem tatsächlichen Fahrzeug-Schräglaufwinkel des Fahrzeugs als Störgrößenindikator (Δβ) zu bestimmen.
  11. Lenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Störgrößenbestimmungsbereich (19) ausgelegt ist, um den Lenk-Aufwand als Störgrößenindikator (Tf) zu messen.
  12. Lenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Störgrößenbestimmungsbereich (46a, 46d) ausgelegt ist, um eine transiente Komponente der Störgröße und eine stationäre Komponente der Störgröße zu bestimmen, und wobei der Lenk-Regler (46) ausgelegt ist, um das folgende auszuführen: Bestimmen einer transienten Störgrößenkompensation (Irbst) gemäß der transienten Komponente der Störgröße; Bestimmen einer stationären Störgrößenkompensation (Ifb) gemäß der stationären Komponente der Störgröße; und Ausgleichen des Lenk-Aufwandbefehls (Ita) gemäß der transienten Störgrößenkompensation (Irbst) und der stationären Störgrößenkompensation (Ifb) zum Einstellen des Lenk-Aufwandbefehls (Ita).
  13. Lenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, die ferner umfasst: einen Lenk-Ausgabesensor (15), der ausgelegt ist, um ein Änderungsverhältnis (ωt) in der Lenk-Ausgabe (θt) zu messen, wobei der Lenk-Regler (46) ausgelegt ist, um das folgende auszuführen: Schätzen des Änderungsverhältnisses in der Lenk-Ausgabe (θt) gemäß des Lenk-Aufwandbefehls (Ita); und Schätzen der transienten Komponente der Störgröße gemäß einer Differenz zwischen dem geschätzten Änderungsverhältnis und dem gemessenen Änderungsverhältnis (ωt).
  14. Lenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, die ferner umfasst: einen Lenk-Ausgabesensor (15), der ausgelegt ist, um die Lenk-Ausgabe (θt) zu messen, wobei der Lenk-Regler (46) ausgelegt ist, um das folgende auszuführen: Schätzen der Lenk-Ausgabe (θt) gemäß der gewünschten Lenk-Ausgabe (θta); und Schätzen der stationären Komponente der Störgröße gemäß einer Differenz zwischen der geschätzten Lenk-Ausgabe (θta_ref) und der gemessenen Lenk-Ausgabe (θt).
  15. Lenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei Lenk-Regler (46) ausgelegt ist, um die stationäre Störgrößenkompensation (Ifb) einzustellen, um mit einer Zunahme bei der Karosseriesteifigkeit des Fahrzeugs größer zu werden.
  16. Lenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei der Lenk-Regler (46) ausgelegt ist, um die stationäre Störgrößenkompensation (Ifb) einzustellen, um mit einer Zunahme bei der Längsgeschwindigkeit (V) des Fahrzeugs größer zu werden.
  17. Lenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei der Lenk-Regler (46) ausgelegt ist, um die stationäre Störgrößenkompensation (Ifb) auf Null festzulegen, während die Lenk-Eingabe (θs) konstant gehalten wird.
  18. Lenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei der Lenk-Regler (46) ausgelegt ist, um die stationäre Störgrößenkompensation (Ifb) auf Null festzulegen, während ein Zustand des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
  19. Lenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei der Lenk-Regler (46) ausgelegt ist, um die stationäre Störgrößenkompensation (Ifb) auf Null festzulegen, während die stationäre Komponente der Störgröße größer als oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert ist.
  20. Lenkungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, die ferner umfasst: einen Lenk-Ausgabesensor (15), der ausgelegt ist, um die Lenk-Ausgabe (θt) zu messen, wobei der Lenk-Regler (46) ausgelegt ist, um das folgende auszuführen: Bestimmen einer oberen Grenze gemäß einer Differenz zwischen der gewünschten Lenk-Ausgabe (θta) und der gemessenen Lenk-Ausgabe (θt); und Begrenzen der stationären Störgrößenkompensation (Ifb) innerhalb der oberen Grenze.
  21. Verfahren zum Steuern/Regeln eines lenkbaren Fahrzeugs mit einem Lenk-Aktuator (6), der ausgelegt ist, um einen Lenk-Aufwand zu erzeugen, um eine Lenk-Ausgabe (θt) des Fahrzeugs gemäß eines Lenk-Aufwandbefehls (Ita) zu regulieren; wobei eine Lenk-Eingabe-Einheit (1, 8) ausgelegt ist, um eine Lenk-Eingabe (θs) festzulegen; und einem Störgrößen-Bestimmungsbereich (18; 19; 46h, 46d), der ausgelegt ist, um einen Störgrößen-Indikator (Δβ; Tf) zu bestimmen, der eine Störgrößeneingabe am Fahrzeug anzeigt, wobei das Verfahren folgendes aufweist: Einstellen einer gewünschten Lenk-Ausgabe (θta) gemäß der Lenk-Eingabe (θs); Festlegen des Lenk-Aufwandbefehls (Ita) gemäß der gewünschten Lenk-Ausgabe (θta); Einstellen des Lenk-Aufwandbefehls (Ita) gemäß des Störgrößen-Indikators (Δβ; Tf); und Ausgeben des eingestellten Lenk-Aufwandbefehls (Ita) zum Lenk-Aktuator (6).
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