DE102007004369A1 - Fahrzeug-Lenksystem - Google Patents
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Abstract
Ein
Fahrzeuglenksystem zum Lenken von Fahrzeugrädern enthält ein Lenkrad (10), eine Lenkenergie-Unterstützungseinheit
(60, 70) zum Liefern einer Unterstützungsenergie, wenn das Lenkrad
gelenkt wird, einen Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus (30)
zum Steuern des Verhältnisses
aus einem Lenkwinkel des Lenkrades zu einem Lenkwinkel oder Einschlagwinkel der
Fahrzeugräder
(FW1, FW2) entsprechend einem Fahrzeugzustand; einen Lenkdrehmomentsensor
(42), eine Motorsteuerschaltung (70) zum Steuern eines Antriebsmotors
(31), um das Lenkdrehmoment aufzuheben oder zu löschen, welches auf das Lenkrad
(10) aufgebracht wird, wenn der Lenkdrehmomentsensor (42) ein Lenkdrehmoment
detektiert, welches auf das Lenkrad (10) aufgebracht wird, bis der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus (30)
seinen Betrieb startet. Der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus
enthält
einen Übertragungsverhältnis-Änderungsmechanismus
(32) und einen Antriebsmotor (31) zum Antreiben des Übertragungsverhältnis-Änderungsmechanismus
(32).
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeuglenksystem, welches einen Lenkenergie-Unterstützungsmechanismus und einen Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus enthält.
- Es gibt ein Fahrzeuglenksystem, welches einen Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus enthält, um das Übertragungsverhältnis des Lenkwinkels des Lenkrades auf den Lenkwinkel der gelenkten Räder zu übertragen (das heißt der Fronträder) zusammen mit einem Lenkkraft-Unterstützungsmechanismus, um dem Fahrer eine unterstützende Lenkenergie zu bieten. Der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus ist gewöhnlich mit einem Getriebemechanismus und einem Getriebeantriebsmotor ausgestattet.
- Jedoch wenn das Lenkrad eines Fahrzeugs, welches mit dem oben genannten Lenksystem ausgestattet ist, bei einer hohen Lenkgeschwindigkeit gelenkt wird, wenn das Fahrzeug mit niedriger Geschwindigkeit fährt, können sich die Fronträder des Fahrzeugs, die gelenkt werden, mit einer solch hohen Geschwindigkeit einschlagen, dass der Lenkenergie-Unterstützungsmechanismus der Geschwindigkeit nicht folgen kann. Als ein Ergebnis muss der Fahrer sehr viel mehr Energie aufbringen als die erwartete Lenkenergie, um die Lenkräder zu lenken.
- Um dieses Problem zu lösen wird in der JP-A-2000-344120 ein hydraulisches Leistungslenksystem vorgeschlagen, bei dem der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus das Übertragungsverhältnis erhöht, wenn die Lenkgeschwindigkeit höher wird als eine voreingestellte Geschwindigkeit. Jedoch unterstützt dieses hydraulische Lenksystem einen Fahrer nicht sehr ausgeprägt, um das Fahrzeug zu lenken, wenn das Fahrzeug mit einer niedrigen Geschwindigkeit fährt; und es muss dann der Fahrer das Lenkrad stärker einschlagen als er dies wünscht.
- Es ist Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Fahrzeug-Lenksystem zu schaffen, welches nicht mehr mit den oben erläuterten Problemen behaftet.
- Es sei darauf hingewiesen, dass eine abrupte Erhöhung des Lenkdrehmoments, welches für den Fahrer erforderlich ist, um dieses auf das Lenkrad aufzubringen, erstens durch das langsame Ansprechverhalten des Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus verursacht wird und zweitens durch das langsame Ansprechverhalten des Lenkenergie-Unterstützungsmechanismus, wie in
4 gezeigt ist. Das langsame Ansprechen des Lenkenergie-Unterstützungsmechanismus wird durch eine hohe Lenkgeschwindigkeit bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit verursacht und auch das niedrige Ansprechen des Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus. - Wenn das Lenkdrehmoment, welches durch den Fahrer auf das Lenkrad aufgebracht wird, auf die Welle des Getriebe-Antriebsmotors aufgebracht wird, wie dies in
5A gezeigt ist, kann der Getriebe-Antriebsmotor leer laufen wenn der Fahrer beginnt das Lenkrad zu lenken und zwar zum Zeitpunkt ts, bis dann der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus mit seinem Betrieb zum Zeitpunkt te beginnt. Als ein Ergebnis kann der Ausgangswinkel (ACT Winkel) der Ausgangswelle des Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus nicht frühzeitig auf den Lenkwinkel ansprechen, wie dies durch eine gestrichelte Linie in5B gezeigt ist. - Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung enthält das Fahrzeug-Lenksystem eine Lenkenergie-Unterstützungseinheit, um eine unterstützende Energie zu liefern, wenn das Lenkrad gelenkt wird, einen Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus zum Steuern des Verhältnisses eines Lenkwinkels des Lenkrades zu einem Lenkwinkel oder Einschlagwinkel der Fahrzeugräder gemäß einem Fahrzeugzustand, einen Lenkdrehmomentsensor, eine Motorsteuerschaltung zum Steuern des Antriebsmotors, um das Lenkdrehmoment aufzuheben oder zu löschen, welches auf das Lenkrad aufgebracht wird, wenn der Lenkdrehmomentsensor ein Lenkdrehmoment detektiert, welches auf das Lenkrad aufgebracht wird, bis der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus mit seinem Betrieb beginnt.
- Der Drehmomentsensor kann das Drehmoment detektieren, welches auf das Lenkrad aufgebracht wird, wenn das Lenkrad von einer vorgeschriebenen Winkelposition aus eingeschlagen wird oder wenn das Lenkrad mit der Lenkgeschwindigkeit von Null gedreht wird. In bevorzugter Weise berechnet die Motorsteuerschaltung einen Sollwinkel für den Antriebsmotor, um sich um diesen zu drehen, und der Drehmomentsensor detektiert das Drehmoment, welches auf das Lenkrad aufgebracht wird bevor der Sollwinkel an den Antriebsmotor übergeben wird.
- Die Motorsteuerschaltung kann kontinuierlich ein Drehmoment liefern, um das Lenkdrehmoment aufzuheben nachdem der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus gestartet hat. In diesem Fall wird die Richtung des Drehmoments, um das Lenkdrehmoment aufzuheben oder zu löschen, geändert, wenn sich die Richtung des Lenkdrehmoments ändert.
- Andere Ziele, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung als auch Funktionen von damit in Beziehung stehenden Teilen der vorliegenden Erfindung ergeben sich klarer anhand eines Studiums der folgenden detaillierten Beschreibung, der anhängenden Ansprüche und der Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 ein Blockschaltbild eines Fahrzeuglenksystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; -
2 ein Blockschaltbild, welches einen Hauptabschnitt des Fahrzeuglenksystem gemäß der bevorzugten Ausführungsform wiedergibt; -
3 ein Blockschaltbild, welches einen Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus darstellt; -
4 ein Wurzelursprung-Analysediagramm; -
5A einen Graphen, der eine Lenkdrehmomentcharakteristik wiedergibt; -
5B einen Graphen, der eine Ausgangswinkelcharakteristik des Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus darstellt; und -
6 ein Flussdiagramm einer Steueroperation des Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus. - Es werden nun bevorzugte Ausführungsformen entsprechend der vorliegenden Erfindung unter Hinweis auf die
1 bis6 im Folgenden beschrieben. - Wie in
1 gezeigt ist, enthält das Fahrzeuglenksystem gemäß der bevorzugten Ausführungsform ein Lenkrad10 , einen Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus30 , ein Zahnstangen-und-Ritzel-Getriebemechanismus50 , einen elektrischen Energie-Lenkmechanismus (EPS)60 , eine Lenksteuereinheit70 , einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor71 , und so weiter. - Der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus
30 umfasst eine Eingangswelle20 , die mit dem Lenkrad10 verbunden ist, und eine Ausgangswelle40 . Die Ausgangswelle40 ist mit einer Zahnstangenwelle51 verbunden und zwar über den Zahnstangen- und-Ritzel-Getriebemehanismus50 . Die Zahnstangenwelle51 ist an ihren sich gegenüberliegenden Enden mit gelenkten Fronträdern FW1, FW2 verbunden. Der EPS60 ist koaxial zu der Zahnstangenwelle51 angeordnet. Der EPS60 enthält einen Motor (nicht gezeigt), der eine Energie zur Unterstützung der Lenkoperation des Lenkrades10 liefert. - Wie in
2 gezeigt ist, enthält der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus30 einen Getriebemechanismus, der die Eingangswelle20 und die Ausgangswelle40 verbindet, und einen Motor31 , welcher diesen Getriebemechanismus antreibt, um das Übertragungsverhältnis des Lenkwinkels des Lenkrades auf den Lenkwinkel der Fronträder FW1, FW2 zu ändern. - Die Eingangswelle
20 ist mit einem Lenkwinkelsensor21 ausgestattet, und die Ausgangswelle40 ist mit einem Ausgangswinkel-Sensor41 ausgestattet (im Folgenden als ACT Winkel bezeichnet), und ist auch mit einem Lenkdrehmomentsensor42 ausgerüstet. Der ACT Winkel entspricht dem Lenkwinkel oder Einschlagwinkel der Fronträder FW1, FW2. - Die Lenksteuereinheit
70 liefert an den Motor31 des Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus30 ein Motorsteuersignal basierend auf den Sensorsignalen des Lenkwinkelsensors21 , des ACT Winkelsensors41 , des Lenkdrehmomentsensors42 und des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors71 . - Die Lenksteuereinheit
70 enthält einen Sollwinkel-Berechnungsabschnitt70a , einen Rückkopplungs-Steuerabschnitt70b und einen Drehmoment-Tastverhältnis-Berechnungsabschnitt70c . - Wie in
3 gezeigt ist, berechnet der Sollwinkel-Berechnungsabschnitt70a einen Sollwinkel, der durch den Motor31 erreicht werden soll, entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit und entsprechend einem Plan. Beispielsweise wird ein geeignetes Übertragungsverhältnis für eine Fahrzeuggeschwindigkeit aus dem Plan gelesen. Dann wird der Sollwinkel anhand der Lenkgeschwindigkeit und anhand des Produktes aus dem Übertragungsverhältnis und dem Lenkwinkel berechnet. Der Rückkopplungs-Steuerabschnitt oder Regelabschnitt70b liefert ein Rückkopplungs-Steuersignal bzw. ein Regelsignal eines Winkel-Rückkopplungs-Tastverhältnisses, um eine Differenz zwischen dem mit Hilfe des Sollwinkel-Berechnungsabschnitts70a erhaltenen Sollwinkels und dem ACT Winkel von Null zu bilden. Der Drehmoment-Tastverhältnis-Berechnungsabschnitt70c berechnet ein Drehmoment-Tastverhältnis (duty ratio) des Signals, welches ein Leerlaufen des Motors31 verhindert bis der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus30 seinen Betrieb startet. - Der Drehmoment-Tastverhältnis-Berechnungsabschnitt
70c detektiert das Lenkdrehmoment, welches an das Lenkrad10 mit der Lenkgeschwindigkeit von Null ange legt wird, um ein Drehmoment-Tastverhältnis zu berechnen, welches ein Drehmoment liefert, um den Leerlauf des Motors31 zu steuern oder zu regeln. Jedoch kann der Drehmoment-Tastverhältnis-Berechnungsabschnitt70c das Lenkdrehmoment detektieren, wenn der Lenkwinkel zu einem voreingestellten Winkel wird oder bis der Sollwinkel des Motors31 vorgesehen wird. - Der Drehmoment-Tastverhältnis-Berechnungsabschnitt
70c setzt die Steuerung oder Regelung des Motors31 fort, um das Steuerdrehmoment zu generieren nachdem der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus30 seinen Betrieb gestartet hat. - Der Betrieb des Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus
30 wird unter Hinweis auf ein Flussdiagramm, welches in6 gezeigt ist, beschrieben. - Wenn ein Zündschalter eines Fahrzeugs eingeschaltet wird, wird ein Lenkwinkel, der durch den Lenkwinkelsensor
21 detektiert wurde, ein ACT Winkel, der durch den ACT Winkelsensor41 detektiert wurde, das Lenkdrehmoment, welches durch den Lenkdrehmomentsensor42 detektiert wurde und wird die Fahrzeuggeschwindigkeit, die mit Hilfe des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors71 detektiert wurde, bei dem Schritt S101 gelesen. Es wird dann bei dem Schritt S102 überprüft, ob die Lenkgeschwindigkeit Null ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Prüfung JA lautet, folgt der Schritt S103. Ansonsten folgt der Schritt S105. - Bei dem Schritt S103 wird überprüft, ob das Lenkdrehmoment erscheint oder nicht. Wenn das Ergebnis der Überprüfung JA lautet, folgt der Schritt S104, um das Drehmoment-Tastverhältnis zu berechnen.
- Im anderen Fall folgt der Schritt S105, um den Sollwinkel des Motors
31 zu berechnen. Es wird dann bei dem Schritt S106 das Rückkopplungs-Tastverhältnis berechnet. Nachfolgend wird das Motorsteuersignal des endgültigen Tastverhältnisses bei dem Schritt S107 berechnet und wird bei dem Schritt S108 an den Motor31 ausgegeben. Danach wird geprüft, ob der Zündschalter ausgeschaltet wurde oder nicht. Wenn das Ergebnis bei dem Schritt S109 NEIN lautet, kehrt die Operation zu dem Schritt S101 zurück, um die oben erläuterten Schritte erneut auszuführen, bis das Ergebnis bei dem Schritt S109 zu JA wird. - Somit berechnet der Drehmoment-Tastverhältnis-Berechnungsabschnitt
70c ein Signal des Drehmoment-Tastverhältnisses (torque duty ratio), um das Lenkdrehmoment aufzuheben, bis der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus30 seinen Betrieb startet. Dann wird das Motorsteuersignal oder Motorregelsignal eines endgültigen Tastverhältnisses aus dem Rückkopplungs-Tastverhältnis und dem Drehmoment-Tastverhältnis gebildet, um den Motor31 anzutreiben, wie dies auch in3 gezeigt ist, so dass der Motor daran gehindert wird leer zu laufen und zwar aufgrund des Lenkdrehmoments, welches aufgebracht wird, bevor der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus30 seinen Betrieb startet. Als ein Ergebnis wird das Ansprechverhalten des Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus30 verbessert, wie auch mit einer ausgezogenen Linie in5B gezeigt ist. - Wenn sich die Richtung des Lenkdrehmoments von einer Richtung zu einer anderen hin ändert, kann sich die Richtung des Steuerdrehmoments ändern.
- Wenn sowohl das Lenkdrehmoment als auch die Lenkgeschwindigkeit zu Null werden, kann das Drehmoment-Tastverhältnis so gebildet werden, dass es allmählich zu Null wird, welches dann an den Motor
31 angelegt wird. - Bei der vorangegangenen Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist die Erfindung unter Hinweis auf spezifische Ausführungsformen derselben offenbart. Es ist jedoch offensichtlich, dass vielfältige Abwandlungen und Änderungen an den spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne dabei den Rahmen der Erfindung, wie er sich aus den anhängenden Ansprüchen ergibt, zu verlassen.
Claims (7)
- Fahrzeuglenksystem zum Lenken von Fahrzeugrädern, mit: einem Lenkrad (
10 ); einer Lenkenergie-Unterstützungseinheit (60 ,70 ), um eine unterstützende Energie zu liefern, wenn das Lenkrad gelenkt wird; einem Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus (30 ), der einen Übertragungsverhältnis-Änderungsmechanismus und einen Antriebsmotor (31 ) zum Antreiben des Übertragungsverhältnis-Änderungsmechanismus (32 ) enthält, um ein Verhältnis eines Lenkwinkels des Lenkrades (10 ) zu einem gelenkten Winkel der Fahrzeugräder (FW1, FW2) gemäß einem Fahrzeugzustand zu steuern oder zu regeln; einem Lenkdrehmomentsensor (42 ); einer Motorsteuerschaltung (70 ) zum Steuern des Antriebsmotors (31 ), um das Lenkdrehmoment aufzuheben, welches an das Lenkrad (10 ) angelegt wird, wenn der Lenkdrehmomentsensor (42 ) ein Lenkdrehmoment detektiert, welches an das Lenkrad (10 ) angelegt wird, bis der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus (30 ) seinen Betrieb startet. - Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 1, bei dem der Drehmomentsensor (
42 ) das Drehmoment detektiert, welches an das Lenkrad angelegt wird, wenn das Lenkrad von einer vorgeschriebenen Winkelposition her gedreht wird. - Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 1, bei dem der Drehmomentsensor (
42 ) das Drehmoment detektiert, welches an das Lenkrad (10 ) angelegt wird, wenn das Lenkrad gedreht wird, wenn die Lenkgeschwindigkeit Null ist. - Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 1, bei dem: die Motorsteuerschaltung (
70 ) einen Sollwinkel für den Antriebsmotor berechnet, um den sich dieser drehen soll; und der Drehmomentsensor (42 ) das Drehmoment detektiert, welches an das Lenkrad angelegt wird bevor der Sollwinkel an den Antriebsmotor (31 ) übermittelt wird. - Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 1, bei dem die Motorsteuerschaltung (
70 ) kontinuierlich ein Drehmoment liefert, um das Lenkdrehmoment aufzuheben nachdem der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus (30 ) gestartet hat. - Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 5, bei dem die Richtung des Drehmoments zum Aufheben oder Beseitigen des Lenkdrehmoments änderbar ist, wenn sich die Richtung des Lenkdrehmoments ändert.
- Fahrzeuglenksystem zum Lenken eines Lenkrades (
10 ) eines Fahrzeugs, um dadurch ein Fahrzeugrad (FW1, FW2) zu lenken, welches System folgendes aufweist: eine Lenkenergie-Unterstützungseinrichtung (60 ), um eine unterstützende Lenkenergie zu liefern, wenn das Lenkrad gelenkt wird; einen Übertragungsverhältnis-Änderungsmechanismus (30 ) zum Ändern eines Verhältnisses eines Lenkwinkels des Lenkrades zu einem Lenkwinkel oder Einschlagwinkel des Fahrzeugrades entsprechend einem Fahrzeugzustand; einen Lenkdrehmomentsensor (42 ) zum Detektieren eines Lenkdrehmoments, welches auf das Lenkrad aufgebracht wird; eine Steuerschaltung (70 ) zum Steuern des Übertragungsverhältnis-Änderungsmechanismus (30 ) um das Lenkdrehmoment aufzuheben oder zu beseitigen, welches auf das Lenkrad aufgebracht wird, wenn das Lenkdrehmoment detektiert wird, bis der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus (30 ) mit dem Betrieb startet.
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