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Die
Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Servolenksystem und ein Verfahren
zum Steuern eines Servolenksystems. Insbesondere betrifft die Erfindung
ein Servolenksystem, das in einer Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsvorrichtung
verwendet wird, die ein Fahrzeug beim Aufrechterhalten der richtigen
Fahrbahnposition unterstützt, und
ein Verfahren zum Steuern eines Servolenksystems.
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Das
japanische Patent Nr. 3185726 beschreibt zum Beispiel eine Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsvorrichtung,
die ein Fahrzeug beim Aufrechterhalten der richtigen Fahrbahnposition
unterstützt.
Die Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsvorrichtung berechnet
zu Beginn den Fahrbahnversatzbetrag, der der seitliche Versatz zwischen
der Mittellinie des Fahrzeugs, die sich in Längsrichtung des Fahrzeugs erstreckt,
von der Mittellinie der Fahrbahn, auf der das Fahrzeug fährt, den Gierwinkel,
welchen die Mittellinie der Fahrbahn zur Mittellinie des Fahrzeugs
bildet, etc. durch Verarbeiten des Bildes der Fahrbahn, das zum
Beispiel durch eine CCD-Kamera aufgenommen wird. Auf der Grundlage
des Ergebnisses der Berechnung berechnet die Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsvorrichtung
das Lenkmoment zur Unterstützung
des Fahrzeugs beim Aufrechterhalten der richtigen Fahrbahnposition
(im Folgenden auch als "Lenkmoment zur
Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützung" bezeichnet). Die Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsvorrichtung
unterstützt
das Fahrzeug beim Aufrechterhalten der richtigen Fahrbahnposition durch
Ansteuern eines Elektromotors, der in einem elektrischen Servolenksystem
enthalten ist, auf der Grundlage des berechneten Lenkmoments.
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Die
Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsvorrichtung steuert jedoch
das elektrische Servolenksystem unabhängig von dem von einem Fahrer
durchgeführten
Lenkbetrieb, das heißt
der Eingabe durch den Fahrer. Demzufolge kann sich der Fahrer unbehaglich
fühlen,
und das Lenkgefühl
kann sich verschlechtern.
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Wenn
der Fahrer zum Beispiel ein Lenkrad während der Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerung
betätigt,
und wenn die Richtung, in der der Fahrer das Lenkrad betätigt, die
gleiche wie die Richtung ist, in der das Lenkmoment zur Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützung ausgeübt wird,
wird das Lenkrad unerwartet leicht betätigt, was dem Fahrer das Gefühl vermittelt,
einen unerwartet leichten Widerstand bei der Betätigung des Lenkrades zu haben.
Wenn andererseits die Richtung, in der der Fahrer das Lenkrad betätigt, zur
Richtung, in der das Lenkmoment zur Unterstützung des Aufrechterhaltens
der richtigen Fahrbahnposition ausgeübt wird, entgegengesetzt ist,
wird das Lenkrad unerwartet schwer betätigt, was dem Fahrer das Gefühl vermittelt,
einen unerwartet hohen Widerstand bei der Betätigung des Lenkrades zu haben.
Wenn außerdem
das Lenkmoment zur Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützung schwankt,
vibriert das Lenkrad aufgrund der Reaktionskraft, die durch eine
derartige Schwankung verursacht wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Servolenksystem und ein Verfahren
zum Steuern desselben zu schaffen, das das Lenkgefühl während der Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerung
verbessert.
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Ein
erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Servolenksystem, das enthält: eine
Grundsteuerbetragberechnungseinrichtung zum Berechnen des Grundunterstützungssteuerbetrags
auf der Grundlage des Lenkzustands eines Lenkrades; eine Kompensationssteuerbetragberechnungseinrichtung
zum Berechnen des Kompensationssteuerbetrags, der verwendet wird,
um den Grundunterstützungssteuerbetrag
zu kompensieren, und zum Korrigieren des Kompensationssteuerbetrags
während der
Berechnung des Kompensationssteuerbetrags auf der Grundlage des
Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerbetrags, der auf
der Grundlage des Fahrzustands eines Fahrzeugs berechnet und zum
Aufrechterhalten einer vorbestimmten Fahrbahnposition verwendet
wird, und eine Sollsteuerbetragberechnungseinrichtung zum Berechnen
des Sollunterstützungssteuerbetrags,
der auf einen Lenkmechanismus ausgeübt wird, auf der Grundlage
des Grundunterstützungssteuerbetrags,
des Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerbetrags und des
Kompensationssteuerbetrags.
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Ein
zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern
eines Servolenksystems. Gemäß dem Steuerverfahren
wird zunächst
der Grundunterstützungssteuerbetrag
auf der Grundlage des Lenkzustands eines Lenkrades berechnet. Danach wird
der Kompensationssteuerbetrag, der zum Kompensieren des Grundunterstützungssteuerbetrags verwendet
wird, berechnet und während
der Berechnung des Kompensationssteuerbetrags auf der Grundlage
des Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerbetrags, der auf
der Grundla ge des Fahrzustands eines Fahrzeugs berechnet und zum Aufrechterhalten
einer vorbestimmten Fahrbahnposition verwendet wird, korrigiert.
Der Sollunterstützungssteuerbetrag,
der auf einen Lenkmechanismus ausgeübt wird, wird dann auf der
Grundlage des Grundunterstützungssteuerbetrags,
des Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerbetrags und des
Kompensationssteuerbetrags berechnet.
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Bei
dem oben beschriebenen Servolenksystem und dessen Steuerverfahren
wird der Kompensationssteuerbetrag, der zum Kompensieren des Grundsteuerbetrags
verwendet wird, auf der Grundlage des Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerbetrags
korrigiert, der verwendet wird, um die vorbestimmte Fahrbahnposition
aufrechtzuerhalten. Da der Sollunterstützungssteuerbetrag, der auf
den Lenkmechanismus ausgeübt
wird, auf der Grundlage des Zustands der Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerung
eingestellt werden kann, kann das Lenkgefühlt während der Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerung
verbessert werden.
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Der
Grundunterstützungssteuerbetrag
kann das Grundunterstützungsmoment
enthalten, der Kompensationssteuerbetrag kann das Kompensationsmoment
enthalten, der Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerbetrag
kann das Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsmoment enthalten, und
der Sollunterstützungssteuerbetrag
kann das Sollunterstützungsmoment
enthalten.
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Der
Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerbetrag kann die
Lenkwinkelgeschwindigkeit enthalten.
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Der
Kompensationssteuerbetrag kann den Dämpfungssteuerbetrag enthalten,
und es kann eine Korrektur durchgeführt werden, um den Absolutwert des
Dämpfungssteuerbetrags
zu erhöhen,
wenn der Fahrbahnerhaltungsunterstützungssteuerbetrag von einem
Wert von gleich oder etwa Null abweicht.
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Somit
kann eine Schwankung des Sollunterstützungssteuerbetrags durch Durchführen der
Korrektur zum Erhöhen
des Dämpfungssteuerbetrags, der
verwendet wird, um die Konvergenz des Lenkbetriebes zu verbessern,
unterdrückt
werden. Als Ergebnis kann eine Vibration des Lenkrades aufgrund der
Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerung unterdrückt werden.
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Der
Absolutwert des Dämpfungssteuerbetrags
kann sich erhöhen,
wenn sich der Absolutwert des Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerbetrags
erhöht.
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Die
Korrektur kann fortgesetzt werden, um den Absolutwert des Dämpfungssteuerbetrags
zu erhöhen,
bis eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist, nachdem der Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerbetrag
gleich oder etwa Null ist.
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Somit
wird die Korrektur zum Erhöhen
des Dämpfungssteuerbetrags
sogar dann fortgesetzt, wenn der Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerbetrag
für eine
kurze Zeitdauer gleich oder etwa Null ist. Als Ergebnis kann eine
Verschlechterung der Wirkungen, die die Dämpfungssteuerung bietet, verhindert
werden, und zwar sogar dann, wenn der Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerbetrag
während
einer Schwankung gleich oder etwa Null wird.
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Der
Kompensationssteuerbetrag kann den Momentableitungssteuerbetrag
enthalten, der auf der Grundlage des Ableitungswertes des Lenkmomentes
berechnet wird, und es kann eine Korrektur durchgeführt werden,
um den Absolutwert des Momentableitungssteuerbetrags zu erhöhen, wenn
der Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerbetrag von Null
oder von etwa Null abweicht.
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In
diesem Fall erhöht
sich durch Durchführen der
Korrektur, zum Erhöhen
des Momentableitungssteuerbetrags, der auf der Grundlage des Ableitungswertes
des Lenkmomentes berechnet wird, das heißt der Betrag der Änderung
der Reaktionskraft des Unterstützungsmomentes,
das auf den Lenkmechanismus auf der Grundlage des Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerbetrags
ausgeübt
wird, der Steuerbetrag, der in der zur Richtung, in der das Unterstützungsmoment
ausgeübt
wird, entgegengesetzten Richtung ausgeübt wird. Dementsprechend kann
eine Schwankung des Lenkmomentes, die von dem Fahrer gefühlt wird,
verringert werden.
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Der
Absolutwert des Momentableitungssteuerbetrags kann sich erhöhen, wenn
sich der Absolutwert des Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerbetrags
erhöht.
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Erfindungsgemäß wird der
Kompensationssteuerbetrag, der verwendet wird, um den Grundunterstützungssteuerbetrag
zu kompensieren, berechnet und während
der Berechnung auf der Grundlage des Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerbetrags
korrigiert. Dementsprechend kann das Lenkgefühl während der Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerung
verbessert werden.
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Die
Merkmale, Vorteile und technische sowie industrielle Bedeutung der
Erfindung werden im Folgenden anhand der genaueren Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen deutlich.
Es zeigen:
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1 eine
Ansicht der Struktur einer Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsvorrichtung,
die ein Servolenksystem gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung enthält,
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2 eine
Ansicht zum Beschreiben der Weise, wie das Bild einer Fahrbahn von
einer Kamera aufgenommen wird,
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3 eine
Ansicht zum Beschreiben von Straßenparametern,
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4 ein
Blockdiagramm zum Beschreiben der Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerung,
die die Lenkunterstützungssteuerung
beinhaltet,
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5 einen
Graphen eines Beispiels einer Grundunterstützungsmomentfunktion,
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6A und 6B ein
Flussdiagramm der Dämpfungsmomentberechnungsroutine,
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7 einen
Graphen eines Beispiels einer Dämpfungskorrekturbetragsfunktion
für eine Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerung,
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8 ein
Flussdiagramm der Momentableitungssteuerbetragberechnungsroutine, und
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9 einen
Graphen eines Beispiels einer Momentableitungskorrekturbetragsfunktion
für eine Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerung.
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Im
Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit
Bezug auf die zugehörigen
Zeichnungen beschrieben. Um das Verständnis der Beschreibung zu erleichtern,
werden dieselben oder entsprechende Abschnitte in den Zeichnungen mit
denselben Bezugszeichen bezeichnet und nur einmal beschrieben.
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Zunächst wird
die Struktur eines Servolenksystems 10 gemäß einer
Ausführungsform
und danach die Struktur einer Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsvorrichtung 1,
die das Servolenksystem 10 enthält, mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben. 1 stellt
eine Ansicht dar, die die Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsvorrichtung 1 zeigt,
die das Servolenksystem 10 gemäß der Ausführungsform enthält. Die Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsvorrichtung 1 steuert
das Servolenksystem 10 an, um ein Fahrzeug V beim Aufrechterhalten
der richtigen Fahrbahnposition zu unterstützen. Das Servolenksystem 10 ist
zum Beispiel ein elektrisches Servolenksystem mit einer koaxialen
Zahnstange, die einen Wandlungsmechanismus mit Kugelumlaufspindel
enthält,
die das Rotationsmoment, das von einem Elektromotor erzeugt wird,
in eine Kraft umwandelt, die in der Richtung ausgeübt wird,
in der sich die Zahnstange hin und her bewegt.
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In 1 bezeichnen
die Bezugszeichen WR, WL ein rechtes Vorderrad und ein linkes Vorderrad,
die jeweils als die gelenkten Räder
dienen. Das rechte Vorderrad WR und das linke Vorderrad WL sind über Zugstangen 11 durch
eine Lenkgetriebebox 12 miteinander verbunden. Die Lenkgetriebebox 12 enthält eine
Zahnstange 13, ein Zahnrad 14, etc. Die Zahnstange 13 kann
in Bezug auf die Getriebebox 12 gleiten. Die Zugstangen 11 sind
mit den jeweiligen Enden der Zahnstange 13 verbunden. Ein
Lenkrad 16 ist mit dem Zahnrad 14 über eine
Lenkwelle 15 verbunden. Wenn das Lenkrad 16 betätigt wird,
werden die rechten und linken Vorderräder WR, WL über die Lenkwelle 15,
das Zahnrad 14, die Zahnstange 13 und die Zugstangen 11 gelenkt.
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Obwohl
es in der Figur nicht gezeigt ist, ist eine Kugelumlaufspindelnut
in einem Teil der äußeren Oberfläche der
Zahnstange 13 ausgebildet. Eine Kugelmutter, die eine Kugelumlaufspindelnut
in ihrer inneren Oberfläche
aufweist, ist an einem Rotor eines Elektromotors 17 befestigt,
der koaxial zur Zahnstange 13 angeordnet ist. Die Kugelumlaufspindelnut der
Kugelmutter entspricht der Kugelumlaufspindelnut der Zahnstange 13.
Mehrere Kugeln sind zwischen den gepaarten Kugelumlaufspindelnuten
angeordnet. Die Kugelumlaufspindel wandelt die Rotationsbewegung
des Elektromotors 17 in die Hin-und-Her-Bewegung der Zahnstange 13 um.
Das heißt,
wenn der Elektromotor 17 angesteuert wird, bewegt sich
die Zahnstange 13 in ihrer axialen Richtung, und der Lenkbetrieb
wird unterstützt.
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Der
Elektromotor 17 ist mit einer Elektromotoransteuerung 18 verbunden
und übt
ein Unterstützungsmoment,
das dem Betrag des Ansteuerstromes entspricht, der von der Elektromotoransteuerung 18 zugeführt wird,
auf die Zahnstange 13 aus. Die Elektromotoransteuerung 18 führt dem
Elektromotor 17 den Ansteuerstrom entsprechend einem Befehlssignal
von einer elektronischen Steuereinheit 30 (im Folgenden
als "EPS-ECU" bezeichnet), die
in dem Servolenksystem 10 enthalten ist, zu. Die EPS-ECU 30 überträgt ein Befehlssignal
zur Elektromotoransteuerung 18 entsprechend einer später beschriebenen
Logik, um den Elektromotor 17 anzusteuern. Somit bewirkt
die EPS-ECU 30, dass sich die Zahnstange 13 bewegt,
um die linken und rechten Vorderräder WL, WR zu bewegen.
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Die
Lenkwelle 15 ist zum Beispiel mit einem Drehstab 40 versehen,
der auf der Grundlage des Lenkmomentes, das von dem Lenkrad 16 ausgeübt wird,
verdreht wird. Das Signal von dem Lenkmomentsensor 41 wird
zur EPS-ECU 30 übertragen.
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Die
Lenkwelle 15 ist mit einem Lenkwinkelsensor 42 versehen,
der zum Beispiel als Drehgeber ausgebildet ist. Der Lenkwinkelsensor 42 gibt
ein Signal aus, das die Richtung, in die der Fahrer das Lenkrad
(im Folgenden als "Lenkrichtung" bezeichnet) betätigt, und
den Lenkwinkel, der von dem Fahrer eingegeben wird, angibt. Das
Signal von dem Lenkwinkelsensor 42 wird an die EPS-ECU 30 übertragen.
Die EPS-ECU 30 berechnet die Lenkwinkelgeschwindigkeit
auf der Grundlage des Lenkwinkels des Lenkrades 16, der
von dem Signal des Lenkwinkelsensors 42 angegeben wird.
Da eine bestimmte Beziehung zwischen der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 17 und
der Lenkwinkelgeschwindigkeit besteht, kann die Lenkwinkelgeschwindigkeitserfassungseinrichtung
ausgelegt sein, die Lenkwinkelgeschwindigkeit und die Lenkrichtung
durch Erfassen der Drehrichtung und der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 17 zu
berechnen. In der folgenden Beschreibung ist die Lenkwinkelgeschwindigkeit
positiv, wenn das Lenkrad 16 nach links gelenkt wird, und
negativ, wenn das Lenkrad 16 nach rechts gelenkt wird.
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Zusätzlich zum
Lenkmomentsensor 41 und zum Lenkwinkelsensor 42 sind
ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 43, der die Geschwindigkeit des
Fahrzeugs V erfasst, und ein Gierratensensor 44 mit der
EPS-ECU 30 verbunden. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 43 ist
ein Radgeschwindigkeitssensor, der an jedem Rad des Fahrzeugs V
angebracht ist, und gibt Pulssignale in Zeitintervallen aus, die
der Geschwindigkeit des Fahrzeugs V entsprechen. Die Signale von
dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 43 werden zur EPS-ECU 30 übertragen.
Die EPS-ECU 30 berechnet die Fahrzeuggeschwindigkeit auf
der Grundlage der Signale von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 43.
Der Gierratensensor 44 ist in der Nähe des Schwerpunktes des Fahrzeugs
V angeordnet. Der Gierratensensor 44 erfasst die Gierrate
um die Achse, die sich vertikal an dem Schwerpunkt des Fahrzeugs
V erstreckt, und überträgt das Erfassungsergebnis
zur EPS-ECU 30.
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Ein
Weiß-Strich-Sensor 19 ist
zum Beispiel an der hinteren Fläche
eines Rückspiegels
angebracht (siehe 2). Der Weiß-Strich-Sensor 19 enthält eine
Kamera 20 und einen Bildverarbeitungsabschnitt 21.
Die Kamera 20 ist zum Beispiel eine CCD-Kamera (ladungsgekoppelte
Vorrichtung (charged coupled device)). Die Kamera 20 nimmt
das Bild eines vorbestimmten Bereiches vor dem Fahrzeug V durch
eine Windschutzscheibe auf. Insbesondere nimmt die Kamera 20 das
dynamische Bild des vorbestimmten Bereiches auf und in der Nähe einer Fahrbahn 51 einer
Straße 50 auf,
auf der das Fahrzeug V fährt.
Der Bildverarbeitungsabschnitt 21 ist mit der Kamera 20 verbunden.
Die Bilddaten, die den Bereich in der Nähe des Fahrzeugs V beschreiben, der
von der Kamera 20 aufgenommen wird, werden zum Bildverarbeitungsabschnitt 21 übertragen.
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Der
Bildverarbeitungsabschnitt 21 verarbeitet die Bilddaten,
die von der Kamera 20 aufgenommen werden, und erfasst die
Fahrbahn 51 auf der Grundlage der Straßentrennstriche (im Folgenden als "weiße Striche" bezeichnet), die
auf der Straße gezogen
sind, auf der das Fahrzeug V fährt.
In dem aufgenommenen Bild unterscheidet sich die Helligkeit signifikant
zwischen der Straßenoberfläche und den
weißen
Strichen, die auf der Straßenoberfläche gezogen
sind. Dementsprechend können
die weißen Striche,
die die Fahrbahn 51 abteilen, beispielsweise durch eine
Kantenerfassung relativ leicht erfasst werden. Es ist daher möglich, auf
einfache Weise die Fahrbahn 51 vor dem Fahrzeug V zu erfassen.
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Wie
es in 3 gezeigt ist, berechnet der Bildverarbeitungsabschnitt 21 auf
der Grundlage der erfassten Fahrbahn die Krümmung einer Kurve der Straße vor dem
Fahrzeug V (1/Radius der Kurve), den Versatzbetrag des Fahrzeugs
V in Bezug auf die Fahrbahn (entsprechend dem seitlichen Versatz
zwischen dem Schwerpunkt des Fahrzeugs V und einer Tangente 51a zur
Mittellinie der Fahrbahn 51 an dem Punkt, der dem Schwerpunkt
des Fahrzeugs V entspricht) (im Folgenden einfach als "Versatzbetrag" bezeichnet) und
den Gierwinkel (entsprechend dem Winkel zwischen der Mittelachse 1a,
die sich in Längsrichtung
des Fahrzeugs V erstreckt, und der Tangente 51a zur Mittellinie
der Fahrbahn 51 an dem Punkt, der dem Schwerpunkt des Fahrzeugs
V entspricht). Der Weiß-Strich-Sensor 19 ist
mit einer elektronischen Steuereinheit zur Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützung 22 (im
Folgenden als "LKA-ECU" bezeichnet) verbunden.
Der Weiß-Strich-Sensor 19 überträgt das Erfassungsergebnis
an die LKA-ECU 22. Die Krümmung der Kurve vor dem Fahrzeug
V, der Versatzbetrag und der Gierwinkel sind jeweils entweder positiv
oder negativ. In der Ausführungsform
sind die Krümmung
der Kurve vor dem Fahrzeug V, der Versatzbetrag und der Gierwinkel
positiv, wenn das Lenkrad 16 nach rechts gelenkt wird.
Andererseits sind die Krümmung
der Kurve vor dem Fahrzeug V, der Versatzbetrag und der Gierwinkel
negativ, wenn das Lenkrad 16 nach links gelenkt wird. Es
kann ein bekanntes Verfahren verwendet werden, um die Informationen,
die die Fahrbahn und den Fahrzustand des Fahrzeugs V (die Krümmung der
Kurve vor dem Fahrzeug V, den Versatzbetrag und den Gierwinkel des
Fahrzeugs V) betreffen, auf der Grundlage des Bildes zu erfassen.
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Die
LKA-ECU 22 enthält
einen Mikroprozessor, der eine Berechnung durchführt, einen ROM, der zum Beispiel
Programme speichert, um zu bewirken, dass der Mikroprozessor verschiedene
Prozesse ausführt,
einen RAM, der verschiedene Daten wie zum Beispiel Berechnungsergebnisse
speichert, einen Sicherungs-RAM, der die Speicherinhalte unter Verwendung
einer 12V-Batterie speichert, etc..
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Die
LKA-ECU 22 berechnet das Drehmoment zur Unterstützung des
Aufrechterhaltens der richtigen Fahrbahnposition (im Folgenden als "Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsmoment" bezeichnet) (das
heißt
den Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerbetrag) auf der
Grundlage der Krümmung
der Kurve vor dem Fahrzeug V, des Versatzbetrags, des Gierwinkels, etc..
Das Signal, das das berechnete Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsmoment
angibt, wird an die EPS-ECU 30 übertragen.
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Auf ähnliche
Weise enthält
die EPS-ECU 30 einen Mikroprozessor, der eine Berechnung
durchführt,
einen ROM, der zum Beispiel Programme speichert, um zu bewirken,
dass der Mikroprozessor verschiedene Prozesse durchführt, einen
RAM, der verschiedene Daten wie zum Beispiel Berechnungsergebnisse
speichert, einen Sicherungs-RAM, der die Speicherinhalte unter Verwendung
einer 12V-Batterie speichert, etc..
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Bei
dem oben beschriebenen Aufbau sind ein Grundunterstützungsmomentberechnungsabschnitt 31,
ein Kompensationsmomentberechnungsabschnitt 32, ein Sollunterstützungsmomentberechnungsabschnitt 33,
etc. in der EPS-ECU 30 ausgebildet. Der Grundunterstützungsmomentberechnungsabschnitt 31 berechnet
das Grundunterstützungsmoment
(das heißt
den Grundunterstützungssteuerbetrag)
auf der Grundlage des Lenkmoments. Der Kompensationsmomentberechnungsabschnitt 32 berechnet
das Kompensationsmoment (das heißt den Kompensationssteuerbetrag),
der das Grundunterstützungsmoment
kompensiert. Der Sollunterstützungsmomentberechnungsabschnitt 33 berechnet das
Sollunterstützungsmoment
(das heißt
den Sollunterstützungssteuerbetrag)
durch Addieren des Grundunterstützungsmomentes,
des Kompensationsmomentes und des Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsmomentes
zu einander.
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Der
Grundunterstützungsmomentberechnungsabschnitt 31 dient
als eine Grundsteuerbetragberechnungseinrichtung. Der Kompensationsmomentberechnungsabschnitt 32 dient
als eine Kompensationssteuerbetragberechnungseinrichtung. Der Sollunterstützungsmomentberechnungsabschnitt 33 dient
als eine Sollsteuerbetragberechnungseinrichtung.
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Der
Kompensationsmomentberechnungsabschnitt 32 enthält einen
Dämpfungsmomentberechnungsabschnitt 35,
der das Dämpfungsmoment
(das heißt
den Dämpfungssteuerbetrag)
auf der Grundlage der Lenkwinkelgeschwindigkeit, etc. berechnet, einen
Momentableitungssteuerbetragberechnungsabschnitt 36, der
den Momentableitungssteuerbetrag auf der Grundlage des integrierten
Wertes des Lenkmomentes berechnet, und Ähnliches.
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Zusätzlich sind
ein Elektromotorsteuerabschnitt 37, etc. in der EPS-ECU 30 ausgebildet.
Der Elektromotorsteuerabschnitt 37 berechnet den Sollstromwert
auf der Grundlage des Sollunterstützungsmomentes, das von dem
Sollunterstützungsmomentberechnungsabschnitt 33 berechnet
wird, und steuert den Wert des Stromes, der dem Elektromotor 17 zugeführt wird.
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Im
Folgenden wird der Betrieb des Servolenksystems 10 während der
Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerung, das heißt die kooperative
Steuerung zwischen der Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerung
und der Lenkunterstützungssteuerung,
mit Bezug auf die 4 bis 9 beschrieben. 4 stellt ein
Blockdiagramm dar, das die Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerung
einschließlich
der Lenkunterstützungssteuerung zeigt.
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Zunächst wird
das Bild des Bereiches vor dem Fahrzeug V von der Kamera 20,
die den Weiß-Strich-Sensor 19 enthält, aufgenommen.
Der Bildverarbeitungsabschnitt 21 berechnet die Bedingung
der Fahrbahn 51 (das heißt die Krümmung einer Kurve vor dem Fahrzeug
V), den Versatzbetrag und den Gierwinkel des Fahrzeugs V auf der
Grundlage des aufgenommenen Bildes. Die Krümmung der Kurve vor dem Fahrzeug
V wird durch geometrisches Berechnen des Radius R der Kurve vor
dem Fahrzeug V auf der Grundlage des aufgenommenen Bildes und anschließendes Bilden
des Kehrwertes des Radius R erhalten. Der Radius R kann geometrisch unter
Verwendung des seitlichen Versatzes zwischen der Mittellinie der
Fahrbahn 51 und der Mittellinie des Fahrzeugs V, die sich
in Längsrichtung
des Fahrzeugs V erstreckt, an einer Position vor dem Fahrzeug V
in einem vorbestimmten Abstand oder des Winkels, den die Tangente
zur Mittellinie der Fahrbahn 51 mit der Mittellinie des
Fahrzeugs V an einer Position vor dem Fahrzeug V in einem vorbestimmten
Abstand bildet, erhalten werden.
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Der
Versatzbetrag und der Gierwinkel, die als die Sollwerte für den Bewegungspfad
verwendet werden, werden im Voraus als der Sollversatzbetrag und
der Sollgierwinkel bestimmt.
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Bei
der Berechnung des Steuerbetrags für die Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützung wird zunächst die
seitliche Beschleunigung, die notwendig ist, um das Fahrzeug V um
eine Kurve vor dem Fahrzeug V zu fahren, auf der Grundlage der Krümmung der
Kurve berechnet. Das Signal, das die Krümmung der Kurve vor dem Fahrzeug
V angibt, wird an eine Vorwärtskopplungssteuerung 23,
die in der LKA-ECU 22 enthalten ist, übertragen. Danach wird die
seitliche Beschleunigung für
die Krümmung der
Kurve vor dem Fahrzeug V auf der Grundlage der vorbestimmten Charakteristika
berechnet.
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Die
seitliche Beschleunigung, die notwendig ist, um den Versatz des
Fahrzeugs V in Bezug auf die richtige Fahrbahnposition zu kompensieren
(um den tatsächlichen
Versatzbetrag im Wesentlichen gleich dem Sollversatzbetrag zu machen),
wird durch Durchführen
einer PID-Regelung (Proportional-Integral-Differenzial-Regelung) auf der Grundlage
der Abweichung des tatsächlichen
Versatzbetrages von dem Sollversatzbetrag berechnet.
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Auf ähnliche
Weise wird die seitliche Beschleunigung, die notwendig ist, um die
Abweichung des Gierwinkels zu kompensieren (um den tatsächlichen
Gierwinkel im Wesentlichen gleich dem Sollgierwinkel zu machen),
durch Durchführen
einer PID-Regelung auf der Grundlage der Abweichung des tatsächlichen
Gierwinkels von dem Sollgierwinkel berechnet.
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Die
Sollbeschleunigung wird durch Addieren der drei seitlichen Beschleunigungen,
die zuvor wie oben beschrieben berechnet wurden, zu einander berechnet.
Der Lenkbetrag, der notwendig ist, um die seitliche Sollbeschleunigung
zu erzeugen, das heißt, das
Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsmoment, das der Elektromotor 17 erzeugen
sollte, wird durch eine Momentberechnungseinheit 24, die
in der LKA-ECU enthalten ist, berechnet. Das Signal, das das Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsmoment
angibt, wird an die EPS-ECU 30 übertragen.
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In
der EPS-ECU 30, die in dem Servolenksystem 10 enthalten
ist, berechnet zunächst
der Grundunterstützungsmomentberechnungsabschnitt 31 das
Grundunterstützungsmoment.
Der Grundunterstützungsmomentberechnungsabschnitt 31 speichert
eine zweidimensionale Funktion (das heißt die Grundunterstützungsmomentfunktion),
die die Beziehung zwischen dem Lenkmoment und dem Grundunterstützungsmoment
definiert. Das Grundunterstützungsmoment
wird durch Anwenden des Lenkmomentes, das von dem Signal von dem
Lenkmomentsensor 41 angegeben wird, auf die Grundunterstützungsmomentfunktion
berechnet. Das Signal, das das berechnete Grundunterstützungsmoment angibt,
wird an den Sollunterstützungsmomentberechnungsabschnitt 33 übertragen.
Das Grundunterstützungsmoment
ist ein Wert eines Grundmo mentes zum Ausüben einer Kraft zur Unterstützung des
Betriebes des Lenkrades 16.
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Die
Grundunterstützungsmomentfunktion wird
derart eingestellt, dass sich das Grundunterstützungsmoment erhöht, wenn
sich das Lenkmoment erhöht,
wie es in 5 gezeigt ist.
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Der
Dämpfungsmomentberechnungsabschnitt 35 berechnet
das Dämpfungsmoment,
das ausgeübt
wird, um die Konvergenz des Lenkbetriebes zu verbessern. Das Verfahren
zum Berechnen des Dämpfungsmomentes
wird im Folgenden mit Bezug auf die 6A und 6B beschrieben.
Die 6A und 6B stellen
ein Flussdiagramm der Dämpfungsmomentberechnungsroutine
dar. Das Signal, das das berechnete Dämpfungsmoment angibt, wird
an den Sollunterstützungsmomentberechnungsabschnitt 33 übertragen.
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Im
Schritt S100 wird die Lenkwinkelgeschwindigkeit gelesen. Im Schritt
S102 wird der Dämpfungsmomentkorrekturbetrag
auf der Grundlage der Lenkwinkelgeschwindigkeit, die im Schritt S100
gelesen wird, berechnet. Insbesondere speichert der Dämpfungsmomentberechnungsabschnitt 35 eine
zweidimensionale Funktion oder Tabelle (das heißt eine Dämpfungsmomentkorrekturbetragfunktion),
die die Beziehung zwischen der Lenkwinkelgeschwindigkeit und dem
Dämpfungsmomentkorrekturbetrag
definiert, und der Dämpfungsmomentkorrekturbetrag
wird durch Anwenden der Lenkwinkelgeschwindigkeit auf die Dämpfungsmomentkorrekturbetragfunktion
berechnet.
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Wie
es in 7 gezeigt ist, wird die Dämpfungsmomentkorrekturbetragfunktion
derart eingestellt, dass, wenn die Lenkwinkelgeschwindigkeit innerhalb
eines vorbestimmten Bereiches, der Null enthält, liegt (–ω < Lenkwinkelgeschwindigkeit < +ω), der Dämpfungskorrekturbetrag
Null ist. Wenn andererseits die Lenkwinkelgeschwindigkeit außerhalb
des vorbestimmten Bereiches liegt (–ω ≥ Lenkwinkelgeschwindigkeit oder
+ω ≤ Lenkwinkelgeschwindigkeit),
erhöht
sich der Absolutwert des Dämpfungsmomentes,
wenn sich der Absolutwert der Lenkwinkelgeschwindigkeit erhöht.
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Im
Schritt S104 wird bestimmt, ob eine Anforderung zur Unterstützung beim
Aufrechterhalten der richtigen Fahrbahnposition (im Folgenden als
Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsanforderung) erfolgt
ist. Wenn im Schritt S104 bestimmt wird, dass keine Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungs anforderung
erfolgt ist, wird ein Verzögerungszähler, der
die Zeit zählt,
die seit dem Nullwerden des Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsmomentes
verstrichen ist, im Schritt S106 zu Null zurückgesetzt. Im Schritt S108
wird der Dämpfungsmomentkorrekturbetrag
(der Wert, der in der derzeitigen Routine verwendet wird) zu Null
gesetzt. Danach wird der Schritt S122 durchgeführt. Wenn andererseits im Schritt
S104 bestimmt wird, dass eine Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsanforderung
erfolgt ist, wird Schritt S110 durchgeführt.
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Im
Schritt S110 wird bestimmt, ob der Absolutwert des Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsmomentes
von Null abweicht. Wenn bestimmt wird, dass der Absolutwert des
Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsmomentes von Null abweicht, wird
der Verzögerungszähler im
Schritt S112 zu Null zurückgesetzt,
und es wird der Schritt S120 durchgeführt. Wenn andererseits bestimmt
wird, dass der Absolutwert des Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsmomentes
Null ist, wird der Schritt S114 durchgeführt.
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Im
Schritt S114 wird bestimmt, ob sich der Dämpfungsmomentkorrekturbetrag,
der in der unmittelbar vorausgehenden Routine berechnet wurde, von
Null abweicht. Wenn bestimmt wird, dass der Dämpfungsmomentkorrekturbetrag,
der in der unmittelbar vorausgehenden Routine berechnet wurde, von
Null abweicht, wird der Verzögerungszähler im Schritt
S116 erhöht,
und es wird der Schritt S118 durchgeführt. Wenn andererseits bestimmt
wird, dass der Dämpfungsmomentkorrekturbetrag,
der in der unmittelbar vorausgehenden Routine berechnet wurde, Null
ist, wird der Verzögerungszähler im Schritt
S106 zu Null zurückgesetzt,
und im Schritt S108 wird der Dämpfungsmomentkorrekturbetrag (der
Wert, der in der derzeitigen Routine verwendet wird) zu Null gesetzt.
Danach wird der Schritt S122 durchgeführt.
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Im
Schritt S118 wird bestimmt, ob der Wert, der von dem Verzögerungszähler angegeben
wird, kürzer
als eine Sekunde ist, das heißt,
ob die Zeit, seitdem bestimmt wurde, dass keine Fahrbahnpositionserhaltungsmomentanforderung
erfolgt ist, verstrichen ist, kürzer
als eine Sekunde ist. Wenn bestimmt wird, dass der Wert, der von
dem Verzögerungszähler angegeben
wird, kürzer
als eine Sekunde ist, wird der Schritt S120 durchgeführt. Wenn
andererseits bestimmt wird, dass der Wert, der von dem Verzögerungszähler angegeben
wird, gleich oder länger
als eine Sekunde ist, wird der Dämpfungsmomentkorrektur betrag
(der Wert, der in der derzeitigen Routine verwendet wird) im Schritt
S108 zu Null gesetzt, und der Schritt S122 wird durchgeführt.
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Im
Schritt S120 wird der Wert, der in Schritt S102 auf der Grundlage
der Funktion berechnet wird, durch den Dämpfungsmomentkorrekturbetrag
ersetzt (der Wert, der in der derzeitigen Routine verwendet wird).
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Im
Schritt S122 wird das Dämpfungsmoment nach
Korrektur durch Addieren des Dämpfungsmomentkorrekturbetrags,
der im Schritt S120 oder im Schritt S108 berechnet wird, zum normalen
Dämpfungsmoment,
das auf der Grundlage der Lenkwinkelgeschwindigkeit und der Fahrzeuggeschwindigkeit
berechnet wird, berechnet. Somit wird das Dämpfungsmoment während der
Lenkunterstützungssteuerung
durch Addieren des Dämpfungsmomentkorrekturbetrags
zum normalen Dämpfungsmoment
erhöht.
Nachdem der Schritt S122 durchgeführt ist, endet die Routine.
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Der
Momentableitungssteuerbetragberechnungsabschnitt 36 gemäß 4 berechnet
den Momentableitungssteuerbetrag, der verwendet wird, um eine Schwankung
des Lenkmomentes zu verringern, auf der Grundlage des Ableitungswertes
des Lenkmomentes, etc.. Das Verfahren zum Berechnen des Momentableitungssteuerbetrags
wird mit Bezug auf 8 beschrieben. 8 stellt
ein Flussdiagramm der Momentableitungssteuerbetragberechnungsroutine
dar. Das Signal, das den Momentableitungssteuerbetrag angibt, wird
an den Sollunterstützungsmomentberechnungsabschnitt 33 übertragen.
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Im
Schritt S200 wird der Ableitungswert des Lenkmomentes gelesen. Im
Schritt S202 wird der Momentableitungssteuerbetrag zur Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützung auf
der Grundlage des Ableitungswertes des Lenkmomentes, der im Schritt S200
gelesen wird, berechnet. Insbesondere speichert der Momentableitungssteuerbetragberechnungsabschnitt 36 eine
zweidimensionale Funktion bzw. Tabelle (die Momentableitungssteuerbetragfunktion
zur Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützung), die die Beziehung zwischen
dem Lenkmomentableitungswert und dem Momentableitungssteuerbetrag
zur Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützung definiert, und der Momentableitungssteuerbetrag
zur Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützung wird durch Anwenden des
Lenkmomentableitungswertes auf die Momentableitungssteuerbetragfunktion
zur Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützung berechnet.
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Wie
es in 9 gezeigt ist, wird die Momentableitungssteuerbetragfunktion
zur Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützung derart eingestellt, dass, wenn
der Lenkmomentableitungswert innerhalb eines vorbestimmten Bereiches,
der Null enthält,
liegt (–Δ < Lenkmomentableitungswert < +Δ), der Momentableitungssteuerbetrag
zur Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützung Null ist. Wenn andererseits
der Lenkmomentableitungswert außerhalb
des vorbestimmten Bereiches liegt (–Δ ≥ Lenkmomentableitungswert oder
+Δ ≤ Lenkmomentableitungswert), erhöht sich
der Absolutwert des Momentableitungssteuerbetrags zur Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützung, wenn
sich der Absolutwert des Lenkmomentableitungswertes.
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Im
Schritt S204 wird bestimmt, ob der Absolutwert des Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsmomentes
von Null abweicht. Wenn bestimmt wird, dass der Absolutwert des
Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsmomentes von Null abweicht, wird
der Momentableitungssteuerbetrag zur Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützung, der
im Schritt S202 berechnet wird, im Schritt S206 als der Momentableitungssteuerbetrag
ausgewählt.
Wenn andererseits der Absolutwert des Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsmomentes
Null ist, wird der normale Momentableitungssteuerbetrag, der auf
der Grundlage der Lenkwinkelgeschwindigkeit und der Fahrzeuggeschwindigkeit
berechnet wird, im Schritt S208 als der Momentableitungssteuerbetrag
ausgewählt.
Der Momentableitungssteuerbetrag zur Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützung wird
bei demselben Lenkmomentableitungswert auf größer als der normale Momentableitungssteuerbetrag
eingestellt. Dementsprechend wird der Momentableitungssteuerbetrag
während
der Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerung erhöht. Nachdem
der Schritt S206 oder der Schritt S208 durchgeführt ist, endet die Routine.
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Der
Sollunterstützungsmomentberechnungsabschnitt 33 gemäß 4 berechnet
das Sollunterstützungsmoment
durch Addieren des Grundunterstützungsmomentes,
das von dem Grundunterstützungsmomentberechnungsabschnitt 31 berechnet
wird, des Dämpfungsmomentes,
das von dem Dämpfungsmomentberechnungsabschnitt 35 berechnet
wird, des Momentableitungssteuerbetrags, der von dem Momentableitungssteuerbetragberechnungsabschnitt 36 berechnet
wird, und des Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsmoments, das von der
LKA-ECU 22 berechnet wird, zu einander. Das Signal, das
das berechnete Sollunterstützungsmoment
angibt, wird an den Elektromotorsteuerabschnitt 37 übertragen.
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Der
Elektromotorsteuerabschnitt 37 stellt den Sollstromwert,
der verwendet wird, um den Elektromotor 17 anzusteuern,
auf der Grundlage des Sollunterstützungsmomentes ein. Der Elektromotor 17 wird
angesteuert, wenn der Ausgangsstrom, der derart gesteuert wird,
dass er mit dem Sollstrom übereinstimmt,
dem Elektromotor 17 zugeführt wird. Insbesondere wird
die Zeitdauer, während
der ein Schaltelement mit elektrischer Energie versorgt wird, auf
der Grundlage des Sollstromwertes eingestellt, und ein Steuersignal
wird zur Elektromotoransteuerung 18 auf der Grundlage der
Zeitdauer übertragen.
Somit wird ein elektrischer Strom, der dem Sollstromwert entspricht,
dem Elektromotor 17 zugeführt, und das Moment, das dem
elektrischen Strom entspricht, wird auf die Zahnstange 13 ausgeübt. Als
Ergebnis werden das rechte Vorderrad WR und das linke Vorderrad
WL gelenkt, und das Fahrzeug V wird gedreht, um die richtige Fahrbahnposition
aufrechtzuerhalten. Wenn das Fahrzeug V gedreht wird, wird der Bereich vor
dem Fahrzeug V erneut durch die Kamera 20 aufgenommen,
und der oben beschriebene Betrieb wird wiederholt.
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Gemäß der oben
beschriebenen Ausführungsform
kann eine Schwankung des Sollunterstützungsmomentes durch Erhöhen des
Dämpfungsmomentes
zur Verbesserung der Konvergenz der Lenkung auf der Grundlage des
Zustandes der Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerung unterdrückt werden.
Daher kann eine Vibration des Lenkrades aufgrund des Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsmomentes
unterdrückt
werden, und das Lenkgefühl
während
der Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungssteuerung kann verbessert
werden.
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Sogar
wenn das Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsmoment für eine kurze
Zeitdauer Null ist, kann eine Korrektur zur Erhöhung des Dämpfungsmomentes kontinuierlich
durchgeführt
werden. Dementsprechend kann sogar dann, wenn das Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsmoment
während
einer Schwankung Null wird, eine Verringerung der Dämpfungswirkung
unterdrückt
werden.
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Gemäß der oben
beschriebenen Ausführungsform
wird der Ableitungswert des Lenkmomentes, das heißt der Momentableitungssteuerbetrag, der
auf der Grundlage des Betrages der Änderung der Reaktionskraft
des Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsmomentes, das auf den
Lenkmechanismus ausgeübt
wird, berechnet wird, auf der Grundlage des Zustandes der Fahrbahnpositi onserhaltungsunterstützungssteuerung
erhöht,
wodurch sich der Steuerbetrag, der in der Richtung entgegengesetzt
zur Richtung, in der das Unterstützungsmoment
ausgeübt
wird, ausgeübt
wird, erhöht.
Als Ergebnis kann eine Schwankung des Lenkmoments, die der Fahrer
fühlt,
verringert werden.
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Während die
Erfindung mit Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurde,
ist es selbstverständlich,
dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Beispielsweise ist
der Aufbau der ECUs, beispielsweise die Aufteilung der Rollen zwischen
der LKA-ECU 22 und der EPS-ECU 30, nicht auf die
oben beschriebenen beschränkt.
Beispielsweise können
die LKA-ECU 22 und die EPS-ECU 30 derart ausgelegt
sein, dass sie eine gemeinsame Hardware (ECU) teilen.
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Die
Verfahren zum Korrigieren des Dämpfungsmomentes
und des Momentableitungssteuerbetrages sind nicht auf die oben beschriebenen
beschränkt.
Beispielsweise können
das Dämpfungsmoment
und der Momentableitungssteuerbetrag unter Verwendung eines Korrekturkoeffizienten,
der dem Fahrbahnpositionserhaltungsunterstützungsmoment entspricht, anstelle
unter Verwendung einer Funktion bzw. Tabelle berechnet werden.