DE102011078244B4

DE102011078244B4 - Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft

Info

Publication number: DE102011078244B4
Application number: DE102011078244.3A
Authority: DE
Inventors: Akira Kuramori
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2011-06-28
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2031-06-29
Also published as: DE102011078244A9; DE102011078244A1; US20120004808A1; JP5549425B2; JP2012013519A; US8473160B2

Abstract

Vorrichtung (30) zum Erkennen einer Lenkbetätigungskraft an einem Lenkrad (1) mit einem Lenkradkranz (12), aufweisend: ein Eingabeerkennungsmittel zum Erkennen von wenigstens einer von sechs Kraftkomponenten der auf den Lenkkranz (12) wirkenden Lenkbetätigungskraft, bestehend aus Kräften in drei Axialrichtungen und Momenten um drei Achsen; ein Lenkwinkelerkennungsmittel, das den Lenkwinkel des Lenkrads (1) erfasst; und ein Trägheitskraftkomponenten-Korrekturmittel (42), das mittels des von dem Lenkwinkelerkennungsmittel erfassten Verschiebungsbetrags des Lenkwinkels eine Trägheitskraftkomponente, die aufgrund der Drehung des Lenkrads (1) auf den Lenkradkranz (12) wirkt, herleiten kann und das die von dem Eingabeerkennungsmittel erfasste Kraftkomponente so korrigiert, dass die Auswirkung der hergeleiteten Trägheitskraftkomponente eliminiert wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft, die die Lenkbetätigungskraft erkennen kann, die auf ein Lenkrad angewendet wird.
Stand der Technik
Als Vorrichtungen zum Erkennen der Lenkbetätigungskraft wurden im Stand der Technik Vorrichtungen zum Erkennen des Lenkbetätigungszustands für das genaue Erkennen einer Betätigungseingabekomponente eines Fahrers, die ein Eigengewicht des Lenkrads berücksichtigen, vorgeschlagen (z. B. Ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2008-298430 A ).
EP 2 067 687 B1 offenbart eine Vorrichtung zum Erfassen einer Kraft und eines Moments, die auf einen Lenkradkranz angewendet werden, der durch einen Fahrer während des Lenkens erfasst wird. Die Vorrichtung weist mehrere Detektionsmittel, zwei Kraftsensoren und eine Mehrzahl von Kontaktsensoren auf, die an dem Lenkradkranz angebracht sind. Ausgangssignale von den verschiedenen Sensoren werden mittels eines arithmetischen Berechnungsmittels verarbeitet, welches eine Ausgabe erzeugt, welche die auf den Lenkradkranz angewendeten Kräfte und Momente genau charakterisiert.
DE 40 38 808 C2 offenbart eine Lenkkrafterfassungsvorrichtung zum Erfassen eines beim Drehen eines Lenkrads erzeugten Lenk-Drehmoments. Die Lenkkrafterfassungsvorrichtung weist auf (a) eine zusammen mit dem Lenkrad drehende, lenkradseitige erste Dreheinrichtung, (b) eine zusammen mit einer Lenkwelle drehenden, lenkwellenseitige zweite Dreheinrichtung, (c) eine Mehrzahl von Drehkraftübertragungselementen, die zur Übertragung der Lenkkraft von der ersten Dreheinrichtung auf die zweite Dreheinrichtung dienen, um die Drehachse der Lenkwelle herum angeordnet sind und mit ihren Enden mit der ersten Dreheinrichtung und der zweiten Dreheinrichtung verbunden sind, und ferner einen elastisch deformierbaren Biegebereich aufweisen, der bei einer Relativdrehung zwischen der ersten Dreheinrichtung und der zweiten Dreheinrichtung elastisch deformiert wird, und (d) eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Relativdrehung zwischen der ersten Dreheinrichtung und der zweiten Dreheinrichtung.
DE 10 2005 030 101 B4 offenbart eine Reaktionskraftsteuervorrichtung zum Steuern einer Reaktionskraft, die auf eine durch einen Fahrer eines Fahrzeugs betätigte Betätigungseinheit ausgeübt werden soll. Die Reaktionskraftsteuervorrichtung weist auf (a) eine Lenkbetätigungsmoment-Erfassungseinheit zum Erfassen eines auf die Betätigungseinheit ausgeübten Lenkbetätigungsmoments, (b) einen Gierratensensor zum Erfassen einer Gierrate des Fahrzeugs und (c) eine Reaktionskraftsteuereinheit, welche die Reaktionskraft größer macht, wenn die durch den Gierratensensor erfasste Gierrate größer ist, und die Reaktionskraft kleiner macht, wenn ein durch die Lenkbetätigungsmoment-Erfassungseinheit erfasster Wert größer ist.
DE 196 35 009 B4 offenbart ein System zur Korrektur der Lenkkraft eines Fahrzeugs mit einem Lenkrad. Das System weist auf (a) ein Straßenzustandserfassungsmittel, das an dem Fahrzeug angebracht ist, zum Erfassen eines Zustands einer vorausliegenden Straße mit zumindest einer Fahrbahn, auf der das Fahrzeug fährt; (b) ein Positionserfassungsmittel zum Erfassen einer Position des Fahrzeugs bezüglich der Fahrbahn aufgrund zumindest einer Ausgabe des Straßenzustandserfassungsmittels; (c) ein Lenkwinkelbestimmungsmittel zum Bestimmen eines gewünschten Lenkwinkels, der erforderlich ist, um das Fahrzeug auf einer Mittelposition der Fahrbahn zu halten, welche aufgrund zumindest einer Ausgabe des Positionserfassungsmittels bestimmt ist; (c) ein Lenkkrafterfassungsmittel zum Erfassen einer vom Fahrer durch das Lenkrad angelegten Lenkkraft; und (d) ein Hilfskraftmittel zum Erzeugen eines Hilfskraftbetrags zum Unterstützen zumindest eines Teils der Lenkkraft gemäß einer vorbestimmten Kennung auf der Basis einer Ausgabe des Lenkkrafterfassungsmittels.
Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Wenn allerdings ein Fahrer ein Lenkrad betätigt, wird das Lenkrad mit der Lenkwelle als Mittelpunkt in Umfangsrichtung gedreht. An diesem Punkt wirkt eine Trägheitskraft auf das sich drehende Lenkrad ein. Zu der Trägheitskraft gehört Trägheitskraft, die in einer Radialrichtung des sich drehenden Lenkrads auf eine Außenseite wirkt (d. h. Zentrifugalkraft) und Trägheitskraft, die in entgegengesetzter Drehrichtung des sich drehenden Lenkrads wirkt. Wenn die oben beschriebene Trägheitskraft auf das Lenkrad wirkt, beeinflusst dies die Erkennung der Lenkbetätigungskraft, da die Trägheitskraft sich auf die Lenkbetätigungskraft auswirkt, die das Ziel der Erkennung ist.
Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft bereitzustellen, die die Auswirkung eliminieren kann, die erzeugt wird, wenn die Lenkbetätigungskraft erkannt wird, und die die Lenkbetätigungskraft genauer erkennen kann.
Mittel zum Lösen des Problems
Eine Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft der vorliegenden Erfindung, die die Lenkbetätigungskraft eines Lenkrades erkennen kann, das einen Lenkradkranz aufweist, weist ein Eingabeerkennungsmittel auf, das wenigstens eine von sechs Kraftkomponenten der Lenkbetätigungskraft, welche auf den Lenkradkranz wirken und aus Kräften in drei Axialrichtungen und Momenten um drei Achsen bestehen, erkennen kann; ein Lenkwinkelerkennungsmittel, das einen Lenkwinkel des Lenkrads erkennen kann; und ein Trägheitskraftkomponenten-Korrekturmittel, das eine Trägheitskraftkomponente, die aufgrund der Drehung des Lenkrads auf den Lenkradkranz wirkt, anhand eines Verschiebungsbetrags des Lenkrads, die von dem Lenkradwinkelerkennungsmittel erkannt werden, herleiten kann, und das die Kraftkomponente, die von dem Eingabeerkennungsmittel erkannt wird, so korrigieren kann, dass eine Auswirkung der hergeleiteten Trägheitskraftkomponente eliminiert wir
Dabei ist vorzugsweise eine Zentrifugalkraftvektorkomponente, die in Radialrichtung des sich drehenden Lenkradkranzes auf eine Außenseite wirkt, vorzugsweise als die Trägheitskraftkomponente mit einbezogen.
Dabei ist vorzugsweise eine Trägheitskraftvektorkomponente, die in einer Richtung entgegengesetzt zu der des sich drehenden Lenkrads wirkt, als die Trägheitskraftkomponente mit einbezogen.
Die Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft weist vorzugsweise ferner Neigungswinkelerkennungsmittel auf, die einen Neigungswinkel des Lenkrads erkennen können; und Schwerkraftkomponenten-Korrekturmittel, die eine Schwerkraftkomponente, die auf den Lenkradkranz wirkt und durch ein Eigengewicht des Lenkradkranzes verursacht wird, anhand des Lenkwinkels, der von den Lenkwinkelerkennungsmitteln erkannt wird, und dem Neigungswinkel, der von den Neigungswinkelerkennungsmitteln erkannt wird, herleiten kann, und die Kraftkomponente, die von den Eingabeerkennungsmitteln erkannt wird, korrigieren kann, sodass eine Wirkung der hergeleiteten Schwerkraftkomponente eliminiert wird.
Die Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft weist vorzugsweise ferner Kraftanwendungspunkt-Erkennungsmittel auf, die im Lenkradkranz vorgesehen sind und die einen Kraftanwendungspunkt erkennen können, der von einem Bediener ergriffen wird, der den Lenkradkranz bedient; und Kraftanwendungspunkt-Korrekturmittel, die anhand der Erkennungsergebnisse der Kraftanwendungspunkt-Erkennungsmittel die Kraftkomponente, die von den Eingabeerkennungsmitteln erkannt werden, in Koordinaten eines Koordinatensystems umwandeln können, das um den Kraftanwendungspunkt zentriert ist.
Wirkung der Erfindung
Gemäß der Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft der vorliegenden Erfindung kann die Wirkung von Trägheitskraft, wie z. B. Zentrifugalkraft und dergleichen, die auf den Lenkradkranz wirkt, eliminiert werden. Daher ist es möglich, Lenkbetätigungskraft genauer zu erkennen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Vorderansicht, die eine Lenkradbaugruppe schematisch darstellt, auf die eine Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft gemäß Ausführungsbeispiel 1 angewandt ist.
2 ist eine Seitenansicht, die eine Lenkradbaugruppe schematisch darstellt, auf die eine Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft gemäß Ausführungsbeispiel 1 angewandt ist.
3 ist eine Vorderansicht eines Lenkrads, das genau um einen Lenkwinkel δ gedreht wurde.
4 ist ein Diagramm, in dem die Fallbeschleunigung in einer X-Achsenrichtung entsprechend den Winkeln eines Lenkwinkels und eines Neigungswinkels variiert.
5 ist ein Diagramm, in dem die Fallbeschleunigung in einer Y-Achsenrichtung entsprechend den Winkeln des Lenkwinkels und des Neigungswinkels variiert.
6 ist ein Diagramm, in dem die Fallbeschleunigung in einer Z-Achsenrichtung entsprechend den Winkeln des Lenkwinkels und des Neigungswinkels entsprechend variiert.
7 ist eine Vorderansicht, die eine Lenkradbaugruppe schematisch darstellt, auf die eine Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft gemäß Ausführungsbeispiel 2 angewandt ist.
Ausführliche Beschreibung
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird nun eine Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die im Folgenden erläutert werden, schränken die vorliegende Erfindung jedoch nicht ein. Ferner schließen die Bestandteile der Ausführungsbeispiele Bestandteile mit ein, die Fachleute ohne Weiteres ersetzen können, sowie Bestandteile, die im Wesentlichen mit den Bestandteilen der Ausführungsbeispiele identisch sind.
Ausführungsbeispiel 1
Eine Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft gemäß Ausführungsbeispiel 1 erkennt die Ausübung von Lenkbetätigungskraft auf ein Lenkrad durch einen Fahrer. Bevor die Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft beschrieben wird, soll das Lenkrad beschrieben werden, auf das die Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft von Ausführungsbeispiel 1 angewendet wird.
1 ist eine Vorderansicht, die eine Lenkradbaugruppe schematisch darstellt, auf die eine Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft gemäß Ausführungsbeispiel 1 angewandt ist. 2 ist eine Seitenansicht, die eine Lenkradbaugruppe schematisch darstellt, auf die eine Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft gemäß Ausführungsbeispiel 1 angewandt ist. Außerdem ist 3 eine Vorderansicht eines Lenkrads, das genau um einen Lenkwinkel δ gedreht wurde. Wie in 1 gezeigt, ist ein Lenkrad 1 an einer Lenkwelle 5 angebracht, bei der es sich um eine Drehachse handelt, und ist in einer Umfangsrichtung drehbar, mit der Lenkwelle 5 als Mittelpunkt.
Das Lenkrad 1 weist eine Lenkradnabe 11 auf, die an der Lenkwelle 5 befestigt und daran gekoppelt werden kann, einen Lenkradkranz 12, der um die Lenkradnabe 11 herum vorgesehen ist, und eine Lenkradspeiche 13, die die Lenkradnabe 11 und den Lenkradkranz 12 miteinander verbindet.
Der Lenkradkranz 12 ist in zwei Abschnitte unterteilt, einen linksseitigen und einen rechtsseitigen, und weist einen rechtsseitigen Abschnitt des Kranzes 12a und einen linksseitigen Abschnitt des Kranzes 12b auf. Außerdem ist die Lenkradnabe 11 zwischen dem rechtsseitigen Abschnitt des Kranzes 12a und dem linksseitigen Abschnitt des Kranzes 12b angeordnet, welche an Positionen angeordnet sind, die um 180° entgegengesetzt zueinander sind. Mit anderen Worten, der rechtsseitige Abschnitt des Kranzes 12a ist auf einer Seite gegenüber dem linksseitigen Abschnitt des Kranzes 12b vorgesehen, sodass die Lenkradnabe 11 dazwischen angeordnet ist.
Der rechtsseitige Abschnitt des Kranzes 12a weist einen rechtsseitigen entlang der Umfangsrichtung gekrümmten Griff 21a auf, ein Paar rechtsseitige Stützplatten 22a an beiden Randflächen in einer Umfangsrichtung des rechtsseitigen Griffs 21a, und eine rechtsseitige Fixierplatte 23a in einer Radialrichtung an einer Innenseite des Paars rechtsseitige Stützplatten 22a. Außerdem ist das Paar rechtsseitige Stützplatten 22a derart angeordnet, dass es in einer Längsrichtung an beiden Rändern der rechtsseitigen Fixierplatte 23a in radialer Richtung zu einer Fläche einer Außenseite der rechtsseitigen Fixierplatte 23a hin hervorsteht. Dabei sind das Paar rechtsseitiger Stützplatten 22a und die rechtsseitige Fixierplatte 23a derart kombiniert, dass sie eine vertiefte Form bilden, die sich in radialer Richtung zu einer Innenseite hin vertieft. Außerdem ist der rechtsseitige Griff 21a zwischen dem Paar rechtsseitige Stützplatten 22a bereitgestellt, wobei der rechtsseitige Griff 21a zu einem Greifabschnitt für die rechte Hand des Fahrers wird, wenn er das Lenkrad 1 betätigt.
Der linksseitige Abschnitt des Kranzes 12b ist ebenso konfiguriert wie der rechtsseitige Abschnitt des Kranzes 12a und weist einen linksseitigen entlang der Umfangsrichtung gekrümmten Griff 21a auf, ein Paar linksseitige Stützplatten 22b an beiden Randflächen in einer Umfangsrichtung des linksseitigen Griffs 21b, und eine linksseitige Fixierplatte 23b in einer Radialrichtung an einer Innenseite des Paars linksseitige Stützplatten 22b.
Die Lenkradspeiche 13 weist eine rechtsseitige Speiche 13a auf, die den rechtsseitigen Abschnitt des Kranzes 12a und die Lenkradnabe 11 verbindet, und eine linksseitige Speiche 13b, die den linksseitigen Abschnitt des Kranzes 12b und die Lenkradnabe 11 verbindet. Die rechtsseitige Speiche 13a und die linksseitige Speiche 13b sind so geformt, dass sie ein Stück ergeben. Mit anderen Worten, die Lenkradspeiche 13 ist derart vorgesehen, dass der rechtsseitige Abschnitt des Kranzes 12a und der linksseitige Abschnitt des Kranzes 12b mit der Lenkradnabe 11 als Mitte verbunden sind.
Dabei ist eine rechtsseitige Lastzelle 35a zwischen dem rechtsseitigen Abschnitt des Kranzes 12a und der rechtsseitigen Speiche 13a angeordnet, und eine linksseitige Lastzelle 35b ist zwischen dem linksseitigen Abschnitt des Kranzes 12b und der linksseitigen Speiche 13b angeordnet. Die rechtsseitige Lastzelle 35a und die linksseitige Lastzelle 35b bilden einen Teil einer Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft 30.
Wie in 2 gezeigt, ist das Lenkrad 1 mit einem ersten Rand (oberen Rand) der Lenkwelle 5 verbunden. Ein Lenkwinkelerkennungssensor 36, der einen Lenkwinkel δ des Lenkrads 1 erkennen kann, ist zwischen der Lenkwelle 5 und dem Lenkrad 1 angeordnet. Der Lenkwinkelerkennungssensor 36 bildet einen Teil der Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft 30.
Die Lenkwelle 5 ist derart konfiguriert, dass sie an einer Unterseite in einer Axialrichtung mit einem Neigungsstützpunkt P als Mitte drehbar ist. Auf diese Weise kann ein Neigungswinkel β variiert werden, indem die Lenkwelle 5 mit dem Neigungsstützpunkt P als Mitte gedreht wird. Dabei ist der Neigungswinkel β ein Winkel, der von einer horizontalen Ebene 28 und der Lenkwelle 5 gebildet wird. Außerdem ist um den Neigungsstützpunkt P ein Neigungswinkelerkennungssensor 37 vorgesehen, der den Neigungswinkel β erkennen kann. Der Neigungswinkelerkennungssensor 37 bildet einen Teil der Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft 30.
In 2 ist dabei eine Linie L1, die sich in der Axialrichtung der Lenkwelle 5 erstreckt, eine Achslinie in der X-Achsenrichtung. In 3 ist eine Linie L3, die eine Mitte der rechtsseitigen Lastzelle 35a und eine Mitte der linksseitigen Lastzelle 35b verbindet, eine Achslinie in der Z-Achsenrichtung, und eine Linie L2, die senkrecht zu der Achslinie L1 und der Achslinie L3 verläuft, ist eine Achslinie in Y-Achsenrichtung.
Die Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft 30 berechnet eine Lenkbetätigungskraft eines Sensorkoordinatensystems, das um die rechtsseitige Lastzelle 35a und die linksseitige Lastzelle 35b zentriert ist. Das Sensorkoordinatensystem ist aus einem rechtsseitigen Sensorkoordinatensystem, das um die rechtsseitige Lastzelle 35a zentriert ist, und einem linksseitigen Sensorkoordinatensystem, das um die linksseitige Lastzelle 35b zentriert ist, gebildet. Das rechtsseitige Sensorkoordinatensystem ist ein dreidimensionales kartesisches Koordinatensystem, das um die rechtsseitige Lastzelle 35a zentriert ist, und das linksseitige Sensorkoordinatensystem ist ebenso ein dreidimensionales kartesisches Koordinatensystem, das um die linksseitige Lastzelle 35b zentriert ist. Wenn das Lenkrad 1 gedreht wird, drehen sich daher zugleich auch die rechtsseitige Lastzelle 35a und die linksseitige Lastzelle 35b, weshalb sich die Achslinie L2 der Y-Achsenrichtung und die Achslinie L3 der Z-Achsenrichtung zusammen mit dem Lenkrad 1 drehen.
Eine Linie I, die durch die Mitte der Lenkwelle 5 verläuft und in 3 dargestellt ist, ist eine Bezugslinie des Lenkwinkels δ, und ein Winkel, der von dieser Bezugslinie I und der Achslinie L2 der Y-Achsenrichtung gebildet wird, ist der Lenkwinkel δ. Mit anderen Worten, wenn die Bezugslinie I die Achslinie L2 der Y-Achsenrichtung überlagert, ist ein neutraler Zustand des Lenkrads 1 erreicht, bei dem das Fahrzeug geradeaus fährt, und der Lenkwinkel ist 0°. Wenn dagegen das Lenkrad wie dargestellt nach rechts gedreht wird (positive Drehung), biegt das Fahrzeug um genau einen Betrag ab, der dem Lenkwinkel δ entspricht, um den das Lenkrad 1 positiv gedreht wurde.
Es ist zu beachten, dass in 3 eine entfernte Richtung des Raums in X-Achsenrichtung eine positive Richtung ist und eine nahe Richtung des Raums eine negative Richtung ist. Außerdem ist in der Zeichnung eine Oberseite in der Y-Achsenrichtung die positive Richtung, und eine Unterseite ist die negative Richtung. Außerdem ist eine Außenseite in Radialrichtung der Z-Achsenrichtung die positive Richtung, und eine Innenseite in Radialrichtung ist die negative Richtung. Beim Lenkwinkel δ in der Zeichnung ist ferner die Rechtsdrehungsrichtung die positive Richtung, und die Linksdrehungsrichtung die negative Richtung. Beim Neigungswinkel β in 2 ist zudem eine Richtung, in der das Lenkrad 1 nach oben ausgerichtet ist, die positive Richtung, und eine Richtung, in der das Lenkrad 1 nach unten ausgerichtet ist, ist die negative Richtung.
Wenn der Fahrer den rechtsseitigen Griff 21a und den linksseitigen Griff 21b ergreift und das Lenkrad 1 positiv dreht, drehen sich der rechtsseitige Abschnitt des Kranzes 12a und der linksseitige Abschnitt des Kranzes 12b und folgen einem kreisförmigen Weg mit der Lenkwelle 5 als Mitte. Dabei wirken Schwerkraft, die in einer vertikalen Richtung auf eine Unterseite wirkt, eine erste Trägheitskraft (Zentrifugalkraft), die in radialer Richtung auf eine Außenseite wirkt, und eine zweite Trägheitskraft, die entgegengesetzt der Drehrichtung (linksdrehenden Drehrichtung) wirkt, im rechtsseitigen Abschnitt des Kranzes 12a und im linksseitigen Abschnitt des Kranzes 12b.
Wird in diesem Fall versucht, die Lenkbetätigungskraft des Fahrers, der das Lenkrad 1 betätigt, zu erkennen, ist es aufgrund der Schwerkraft, der ersten Trägheitskraft und der zweiten Trägheitskraft, die auf den rechtsseitigen Abschnitt des Kranzes 12a und den linksseitigen Abschnitt des Kranzes 12b wirken, schwierig, die Lenkbetätigungskraft genau zu erkennen. Mit der Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft 30 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 werden deshalb die Auswirkungen der Schwerkraft, der ersten Trägheitskraft und der zweiten Trägheitskraft, die auf den rechtsseitigen Abschnitt des Kranzes 12a und den linksseitigen Abschnitt des Kranzes 12b wirken, eliminiert. Als Nächstes soll die Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft 30, die auf das Lenkrad 1 mit der oben beschriebenen Konfiguration angewendet wird, beschrieben werden.
Die Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft 30 weist das Paar linke und rechte Lastzellen 35a und 35b, die oben beschrieben wurden, den oben beschriebenen Lenkwinkelerkennungssensor 36, den Neigungswinkelerkennungssensor 37 und eine Steuervorrichtung 38 auf, die anhand der von den einzelnen Sensoren erkannten Ergebnisse verschiedene Berechnungen ausführen kann.
Die rechtsseitige Lastzelle 35a ist derart konfiguriert, dass sie eine Kraft F_SR der X-Achsenrichtung, der Y-Achsenrichtung und der Z-Achsenrichtung und ein Moment MSR um die X-Achsenrichtung, die Y-Achsenrichtung und die Z-Achsenrichtung erkennen kann. Mit anderen Worten, die rechtsseitige Lastzelle 35a ist eine Lastzelle, die sechs Kraftkomponenten messen kann. Die linksseitige Lastzelle 35b ist ebenso konfiguriert wie die rechtsseitige Lastzelle 35a.
Wie in 1 gezeigt, wird bei der Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft 30, die Lenkbetätigungskraft, die auf die rechte Seite des Lenkrads 1 in der Zeichnung angewendet wird, von dem rechtsseitigen Sensorkoordinatensystem erkannt. Ebenso wird bei der Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft 30, die Lenkbetätigungskraft, die auf die linke Seite des Lenkrads 1 in der Zeichnung angewendet wird, von dem linksseitigen Sensorkoordinatensystem erkannt Die Mitte der rechtsseitigen Lastzelle 35a ist S_R, und die Mitte der linksseitigen Lastzelle 35b ist S_L. Ein Schwerpunkt des rechtsseitigen Abschnitts des Kranzes 12a ist C_GR und ist auf der Z-Achse angeordnet. Dagegen ist ein Schwerpunkt des linksseitigen Abschnitts des Kranzes 12b C_GL und ist auf der Z-Achse angeordnet. Im Ausführungsbeispiel 1 sind der Schwerpunkt C_GR des rechtsseitigen Abschnitts des Kranzes 12a und der Schwerpunkt C_GL des linksseitigen Abschnitts des Kranzes 12b auf der Z-Achse angeordnet, doch je nach Form und dergleichen des rechtsseitigen Abschnitts des Kranzes 12a und des linksseitigen Abschnitts des Kranzes 12b können die Positionen der Schwerkraftzentren C_GR und C_GL nach Wunsch variiert werden. Außerdem ist eine Vektorkomponente von einer Mitte S_R der rechtsseitigen Lastzelle 35a zum Schwerpunkt C_GR des rechtsseitigen Abschnitts des Kranzes 12a a_gR, und eine Vektorkomponente von einer Mitte S_L der linksseitigen Lastzelle 35b zum Schwerpunkt C_GL des linksseitigen Abschnitts des Kranzes 12b ist a_gL.
Der Lenkwinkelerkennungssensor 36 ist beispielsweise ein Drehgeber und ist derart konfiguriert, dass er den Lenkwinkel δ erkennen kann, indem er eine Verschiebungsmenge der Drehung des Lenkrads 1 hinsichtlich der Bezugslinie I erkennt.
Auch der Neigungswinkelerkennungssensor 37 ist beispielsweise ein Drehgeber und ist derart konfiguriert, dass er den Neigungswinkel β erkennen kann, indem er eine Verschiebungsmenge der Lenkwelle 5 hinsichtlich der horizontalen Ebene 28 erkennt.
Die Steuervorrichtung 38 korrigiert die sechs Kraftkomponenten, die von dem Paar linke und rechte Lastzellen 35a und 35b erkannt werden, anhand der Erkennungsergebnisse des Lenkwinkelerkennungssensors 36 und des Neigungswinkelerkennungssensors 37. Wenn sich das Lenkrad 1 dreht, wirken hier beispielsweise aus der Perspektive der rechtsseitigen Lastzelle 35a Schwerkraft aufgrund eines Leergewichts des rechtsseitigen Abschnitts des Kranzes 12a, die erste Trägheitskraft auf der Außenseite in radialer Richtung und die zweite Trägheitskraft entgegengesetzt der Drehrichtung auf den Schwerpunkt C_GR des rechtsseitigen Abschnitts des Kranzes 12a. Auf diese Weise werden die Schwerkraft, die erste Trägheitskraft und die zweite Trägheitskraft in die rechtsseitige Lastzelle 35a eingeleitet.
Um die oben beschriebene Schwerkraft, die erste Trägheitskraft und die zweite Trägheitskraft zu eliminieren, ist die Steuervorrichtung 38 mit einer Schwerkraftkomponenten-Korrektureinheit 41, die eine Wirkung korrigiert, die durch das Leergewicht des Lenkradkranzes 12 verursacht wird (Schwerkraftkomponenten-Korrekturmittel), und einer Trägheitskraftkomponenten-Korrektureinheit 42, die eine Wirkung korrigiert, die durch die Trägheitskraft verursacht wird, die auf den Lenkradkranz 12 wirkt (Trägheitskraftkomponenten-Korrekturmittel), versehen. Es ist zu beachten, dass die Steuervorrichtung 38 ein sogenannter Computer ist und eine CPU, die Berechnungen durchführt, Speicher, der ein Betriebsspeicherplatz ist, eine Speichervorrichtung zum Speichern verschiedener Daten und Programme, und eine E/A-Einheit, die damit verbunden ist, aufweist. Diese Bauteile arbeiten miteinander, um die Durchführung verschiedener Berechnungen zu ermöglichen. Das Erkennen der Lenkbetätigungskraft am rechtsseitigen Sensorkoordinatensystem und am linksseitigen Sensorkoordinatensystem ist in etwa gleich konfiguriert. Im Folgenden wird daher ein Fall beschrieben, wobei die Lenkbetätigungskraft am rechtsseitigen Sensorkoordinatensystem erkannt wird.
Die Schwerkraftkomponenten-Korrektureinheit 41 korrigiert die Lenkbetätigungskraft, die von der rechtsseitigen Lastzelle 35a erkannt wird, indem sie die Vektorkomponente der Schwerkraft (Schwerkraftkomponente) eliminiert, die auf den Schwerpunkt C_GR des rechtsseitigen Abschnitts des Kranzes 12a wirkt. Konkret wird die Lenkbetätigungskraft nach der Korrektur hergeleitet, indem die Schwerkraftkomponente des rechtsseitigen Abschnitts des Kranzes 12a von der Lenkbetätigungskraft vor der Korrektur subtrahiert wird (Erkennungsergebnisse der rechtsseitigen Lastzelle 35a; Gleichungen (5) und (6) unten). Es ist zu beachten, dass die Schwerkraftkomponenten-Korrektureinheit 41 die gleiche Korrektur auch für die linksseitige Lastzelle 35b ausführen kann.
4 ist ein Diagramm, wobei die Fallbeschleunigung in der X-Achsenrichtung den Winkeln des Lenkwinkels und des Neigungswinkels entsprechend variiert. 5 ist ein Diagramm, wobei die Fallbeschleunigung in der Y-Achsenrichtung den Winkeln des Lenkwinkels und des Neigungswinkels entsprechend variiert. 6 ist ein Diagramm, wobei die Fallbeschleunigung in der Z-Achsenrichtung den Winkeln des Lenkwinkels und des Neigungswinkels entsprechend variiert. Die Schwerkraftkomponente wird berechnet, indem die Vektorkomponente der Fallbeschleunigung mit einer Masse mg des rechtsseitigen Abschnitts des Kranzes 12a multipliziert wird. In 4 bis 6 ist der Lenkwinkel δ an der horizontale Achse dargestellt, und die Vektorkomponente der Fallbeschleunigung mit einer Größe von 1 ist an der vertikalen Achse dargestellt. Außerdem werden anhand von unterschiedlichen Winkeln des Neigungswinkels β mehrere Vektorkomponenten der Fallbeschleunigung hergeleitet. Es ist zu beachten, dass die Vektorkomponente der Fallbeschleunigung mit einer Größe 1 in Gleichung (1) ausgedrückt ist. |g →| = 1 (1)
Wenn, wie in 4 bis 6 gezeigt, die Vektorkomponente der Fallbeschleunigung auf die rechtsseitige Lastzelle 35a wirkt, variieren die Fallbeschleunigung in der X-Achsenrichtung, die Fallbeschleunigung in der Y-Achsenrichtung und die Fallbeschleunigung in der Z-Achsenrichtung abhängig vom Lenkwinkel δ und vom Neigungswinkel β. Bei Aufschlüsselung in die drei Axialrichtungen X-Achsenrichtung, Y-Achsenrichtung und Z-Achsenrichtung wird die Vektorkomponente der Fallbeschleunigung, die auf die rechtsseitige Lastzelle 35a wirkt, von Gleichung (2) wie folgt ausgedrückt.
Wie in 4 und in Gleichung (2) gezeigt, hängt die Fallbeschleunigung in der X-Achsenrichtung, die auf die rechtsseitige Lastzelle 35a wirkt, vom Neigungswinkel β ab. Die Fallbeschleunigung in der X-Achsenrichtung ist deshalb 0, wenn der Neigungswinkel β 0° ist, ist am höchsten, wenn der Neigungswinkel β 90° ist (1 erreicht) und variiert zusammen mit der Kurve von sinβ. Die Fallbeschleunigung in der X-Achsenrichtung hängt dagegen nicht vom Lenkwinkel ab, weshalb die Fallbeschleunigung in der X-Achsenrichtung auch dann nicht variiert, wenn der Lenkwinkel δ variiert. Wie in Gleichung (2) gezeigt, wird die Fallbeschleunigung gx in der X-Achsenrichtung daher als gx = sinβ ausgedrückt.
Wie in 5 und in Gleichung (2) gezeigt, hängt die Fallbeschleunigung in der Y-Achsenrichtung, die auf die rechtsseitige Lastzelle 35a wirkt, vom Lenkwinkel δ und vom Neigungswinkel β ab. Die Fallbeschleunigung in der Y-Achsenrichtung ist in der negativen Richtung am größten, wenn der Lenkwinkel δ 0° ist, ist 0, wenn der Lenkwinkel δ ±90° ist und variiert zusammen mit der Kurve von –cosδ. Eine Differenz zwischen einem lokalen Maximalwert und einem lokalen Minimalwert der Fallbeschleunigung in der Y-Achsenrichtung ist zudem am höchsten, wenn der Neigungswinkel β 0° ist, die Differenz zwischen dem lokalen Maximalwert und dem lokalen Minimalwert ist 0, wenn der Neigungswinkel β 90° ist, und variiert zusammen mit der Kurve cosβ. Mit anderen Worten, die Fallbeschleunigung in der Y-Achsenrichtung ist dann am größten, wenn das Lenkrad sich in einem neutralen Zustand befindet, und die Fallbeschleunigung in der Y-Achsenrichtung nimmt ab, während die Fallbeschleunigung in der X-Achsenrichtung zunimmt. Wie in Gleichung (2) gezeigt, wird die Fallbeschleunigung gy in der X-Achsenrichtung daher als gy = –cosβ·cosδ ausgedrückt.
Wie in 6 und in Gleichung (2) gezeigt, hängt die Fallbeschleunigung in der Z-Achsenrichtung, die auf die rechtsseitige Lastzelle 35a wirkt, vom Lenkwinkel δ und vom Neigungswinkel β ab. Die Fallbeschleunigung in der Z-Achsenrichtung ist in der positiven Richtung am größten, wenn der Lenkwinkel δ 90° ist, ist 0, wenn der Lenkwinkel δ 0° ist und variiert zusammen mit der Kurve von sinδ. Eine Differenz zwischen einem lokalen Maximalwert und einem lokalen Minimalwert der Fallbeschleunigung in der Z-Achsenrichtung ist zudem am höchsten, wenn der Neigungswinkel β 0° ist, die Differenz zwischen dem lokalen Maximalwert und dem lokalen Minimalwert ist 0, wenn der Neigungswinkel β 90° ist, und variiert zusammen mit der Kurve cosβ. Mit anderen Worten, die Fallbeschleunigung in der Z-Achsenrichtung ist dann am größten, wenn der Lenkwinkel δ des Lenkrads 1 ±90° ist, und die Fallbeschleunigung in der Z-Achsenrichtung nimmt ab, während die Fallbeschleunigung in der X-Achsenrichtung zunimmt. Wie in Gleichung (2) gezeigt, wird die Fallbeschleunigung gZ in der Z-Achsenrichtung daher als gz = cosβ·sinδ ausgedrückt.
Eine Länge von der Mitte S_R der rechtsseitigen Lastzelle 35a zum Schwerpunkt C_GR des rechtsseitigen Abschnitts des Kranzes 12a ist Lc, und eine Länge von der Mitte S_L der linksseitigen Lastzelle 35b zum Schwerpunkt C_GL des linksseitigen Abschnitts des Kranzes 12b ist Lc. Da die Mitte S_R der rechtsseitigen Lastzelle 35a auf der Z-Achse liegt und der Schwerpunkt C_GR des rechtsseitigen Abschnitts des Kranzes 12a auf der Z-Achse liegt, wird die Vektorkomponente a_gR durch Gleichung (3) ausgedrückt. Da die Mitte S_L der linksseitigen Lastzelle 35b auf der Z-Achse liegt und der Schwerpunkt C_GL des linksseitigen Abschnitts des Kranzes 12b auf der Z-Achse liegt, wird ebenso die Vektorkomponente a_GL durch Gleichung (4) ausgedrückt.
Wie oben beschrieben, wird die Schwerkraftkomponente des rechtsseitigen Abschnitts des Kranzes 12a der sechs Kraftkomponenten im Zusammenhang mit der Lenkbetätigungskraft nach der Korrektur aus den Erkennungsergebnissen der rechtsseitigen Lastzelle 35a eliminiert, doch indem hier die Variation der Fallbeschleunigung in den drei Axialrichtungen berücksichtigt wird, wie oben beschrieben, werden Gleichungen (5) und (6) erlangt.
In Gleichung (5) wird eine Kraft F_SR1 nach der Korrektur hergeleitet, indem die Schwerkraftkomponente, die auf den rechtsseitigen Abschnitt des Kranzes 12a wirkt, von der Kraft F_SR subtrahiert wird, die von der rechtsseitigen Lastzelle 35a erkannt wird. Insbesondere wird die Kraft F_SR in eine Kraft F_SRx in der X-Achsenrichtung, eine Kraft F_SRy in der Y-Achsenrichtung und eine Kraft F_SRz in der Z-Achsenrichtung aufgeschlüsselt, und Gleichung (5) wird erlangt, indem die Schwerkraftkomponente in der X-Achsenrichtung, die Schwerkraftkomponente in der Y-Achsenrichtung und die Schwerkraftkomponente in der Z-Achsenrichtung des rechtsseitigen Abschnitts des Kranzes 12a einzeln von den jeweiligen Komponenten subtrahiert werden.
In Gleichung (6) wird ein Moment M_SR1 nach der Korrektur hergeleitet, indem ein Moment, das von der Schwerkraft verursacht wird, von einem Moment M_SR subtrahiert wird, das von der rechtsseitigen Lastzelle 35a erkannt wird. Es ist zu beachten, dass das Moment MSR, das von der rechtsseitigen Lastzelle 35a erkannt wird, durch ein Kreuzprodukt der Vektorkomponente a_gR und der Kraft F_SR erlangt wird, und das Moment, das von der Schwerkraft verursacht wird, durch ein Kreuzprodukt der Vektorkomponente a_gR und der Schwerkraftkomponente erlangt wird. Insbesondere wird das Moment M_SR in ein Moment M_SRx um die X-Achsenrichtung, ein Moment M_SRy um die Y-Achsenrichtung und ein Moment M_SRz um die Z-Achsenrichtung aufgeschlüsselt, und Gleichung (6) wird erlangt, indem das Moment, das von der Schwerkraft in X-Achsenrichtung verursacht wird, das Moment, das von der Schwerkraft in Y-Achsenrichtung verursacht wird, und das Moment, das von der Schwerkraft in Z-Achsenrichtung verursacht wird, einzeln von den jeweiligen Komponenten subtrahiert werden. Durch Lösen von Gleichung (6) können die einzelnen Momente um die drei Axialrichtungen des Moments M_SR1 nach der Korrektur hergeleitet werden.
Indem die Erkennungsergebnisse, die von der rechtsseitigen Lastzelle 35a, dem Lenkwinkelerkennungssensor 36 und dem Neigungswinkelerkennungssensor 37 erkannt werden, in Gleichung (5) eingesetzt werden, kann die Schwerkraftkomponenten-Korrektureinheit 41 eine Korrektur der Schwerkraftkomponente hinsichtlich der Kräfte der drei Axialrichtungen vornehmen, die von der rechtsseitigen Lastzelle 35a erkannt werden. Indem ebenso die Erkennungsergebnisse, die von der rechtsseitigen Lastzelle 35a, dem Lenkwinkelerkennungssensor 36 und dem Neigungswinkelerkennungssensor 37 erkannt werden, in Gleichung (6) eingesetzt werden, kann die Schwerkraftkomponenten-Korrektureinheit 41 eine Korrektur der Schwerkraftkomponente hinsichtlich der Momente um die drei Axialrichtungen vornehmen, die von der rechtsseitigen Lastzelle 35a erkannt werden. Es ist zu beachten, dass zwar oben ausschließlich auf das rechtsseitige Sensorkoordinatensystem Bezug genommen wurde, aber das linksseitige Sensorkoordinatensystem damit identisch ist, weshalb auf seine Beschreibung verzichtet wird.
Als Nächstes soll die Trägheitskraftkomponenten-Korrektureinheit 42 beschrieben werden, wobei allerdings zur vereinfachten Beschreibung ein Fall beschrieben wird, wobei die Korrektur ausschließlich von der Trägheitskraftkomponenten-Korrektureinheit 42 ohne Korrektur durch die Schwerkraftkomponenten-Korrektureinheit 41 durchgeführt wird. Es ist zu beachten, dass auch in diesem Fall nur eine Beschreibung des rechtsseitigen Sensorkoordinatensystems erfolgt. Die Trägheitskraftkomponenten-Korrektureinheit 42 korrigiert die Lenkbetätigungskraft, indem sie eine Vektorkomponente der ersten Trägheitskraft (erste Trägheitskraftkomponente; Zentrifugalkraft), die in radialer Richtung auf die Außenseite eines Schwerpunkts C_GR des rechtsseitigen Abschnitts des Kranzes 12a wirkt, und eine Vektorkomponenten der zweiten Trägheitskraft (zweite Trägheitskraftkomponente), die entgegengesetzt der Drehrichtung des Schwerpunkts C_GR des rechtsseitigen Abschnitts des Kranzes 12a wirkt, eliminiert. Konkret wird die Lenkbetätigungskraft nach der Korrektur hergeleitet, indem die erste Trägheitskraftkomponente und die zweite Trägheitskraftkomponente des rechtsseitigen Abschnitts des Kranzes 12a von der Lenkbetätigungskraft vor der Korrektur subtrahiert wird (die Erkennungsergebnisse der rechtsseitigen Lastzelle 35a; Gleichungen (7) und (8) unten). Es ist zu beachten, dass die Trägheitskraftkomponenten-Korrektureinheit 42 die gleiche Korrektur auch für die linksseitige Lastzelle 35b ausführen kann.
Dabei wird die erste Trägheitskraft oder vielmehr die Zentrifugalkraft berechnet, indem ein Radius Lrc von der Mitte der Lenkwelle 5 zum Schwerpunkt C_GR des rechtsseitigen Abschnitts des Kranzes 12a, ein Quadrat einer Winkelgeschwindigkeit des Lenkwinkels δ und die Masse des rechtsseitigen Abschnitts des Kranzes 12a multipliziert werden. Die erste Trägheitskraftkomponente wird berechnet, indem die Zentrifugalkraft mit einer Einheitsvektorkomponente in der Z-Achsenrichtung multipliziert wird. Außerdem wird die zweite Trägheitskraft berechnet, indem der Radius Lrc, die Winkelgeschwindigkeit des Lenkwinkels δ und die Masse des rechtsseitigen Abschnitts des Kranzes 12a multipliziert werden. Die zweite Trägheitskraftkomponente wird berechnet, indem die zweite Trägheitskraft mit einer Einheitsvektorkomponente in der Y-Achsenrichtung multipliziert wird.
Wie im Folgenden detailliert beschrieben, werden die erste Trägheitskraftkomponente und die zweite Trägheitskraftkomponente der sechs Kraftkomponenten im Zusammenhang mit der Lenkbetätigungskraft nach der Korrektur von den Erkennungsergebnissen der rechtsseitigen Lastzelle 35a eliminiert, wodurch Gleichungen (7) und (8) erlangt werden.
In Gleichung (7) wird die Kraft F_SR1 nach der Korrektur hergeleitet, indem die erste Trägheitskraftkomponente, die auf den rechtsseitigen Abschnitt des Kranzes 12a wirkt, und die zweite Trägheitskraftkomponente, die auf den rechtsseitigen Abschnitt des Kranzes 12a wirkt, von der Kraft F_SR, die von der rechtsseitigen Lastzelle 35a erkannt wird, subtrahiert werden. Konkret wird die Kraft F_SR in die Kraft F_SRx in der X-Achsenrichtung, die Kraft F_SRy in der Y-Achsenrichtung und die Kraft F_SRz in der Z-Achsenrichtung aufgeschlüsselt. Gleichung (7) wird erlangt, indem die erste Trägheitskraftkomponente in der X-Achsenrichtung, die erste Trägheitskraftkomponente in der Y-Achsenrichtung und die erste Trägheitskraftkomponente in der Z-Achsenrichtung am rechtsseitigen Abschnitt des Kranzes 12a einzeln von den jeweiligen Komponenten subtrahiert werden; und indem die zweite Trägheitskraftkomponente in der X-Achsenrichtung, die zweite Trägheitskraftkomponente in der Y-Achsenrichtung und die zweite Trägheitskraftkomponente in der Z-Achsenrichtung am rechtsseitigen Abschnitt des Kranzes 12a subtrahiert werden. Es ist zu beachten, dass, wie aus Gleichung (7) hervorgeht, die erste Trägheitskraftkomponente nur in der Z-Achsenrichtung und die zweite Trägheitskraftkomponente nur in der Y-Achsenrichtung wirkt.
In Gleichung (8) wird ein Moment M_SR1 nach der Korrektur hergeleitet, indem ein Moment, das von der ersten Trägheitskraft und der zweiten Trägheitskraft verursacht wird, von einem Moment M_SR subtrahiert wird, das von der rechtsseitigen Lastzelle 35a erkannt wird. Es ist zu beachten, dass das Moment, das von der ersten Trägheitskraft verursacht wird, durch ein Kreuzprodukt der Vektorkomponente a_gR und der ersten Trägheitskraftkomponente erlangt wird, und das Moment, das von der zweiten Trägheitskraft verursacht wird, durch ein Kreuzprodukt der Vektorkomponente a_gR und der zweiten Trägheitskraftkomponente erlangt wird. Da hier die erste Trägheitskraftkomponente die Z-Achsenrichtung ist und die Vektorkomponente a_gR auch die Z-Achsenrichtung ist, ist das Kreuzprodukt derselben 0. Konkret wird das Moment M_SR in ein Moment M_SRx um die X-Achsenrichtung, ein Moment M_SRy um die Y-Achsenrichtung und ein Moment M_SRz um die Z-Achsenrichtung aufgeschlüsselt. Gleichung (8) wird erlangt, indem das Moment, das von der zweiten Trägheitskraft in X-Achsenrichtung verursacht wird, das Moment, das von der zweiten Trägheitskraft in Y-Achsenrichtung verursacht wird, und das Moment, das von der zweiten Trägheitskraft in Y-Achsenrichtung verursacht wird, einzeln von den jeweiligen Komponenten subtrahiert werden.
Indem die Erkennungsergebnisse, die von der rechtsseitigen Lastzelle 35a, dem Lenkwinkelerkennungssensor 36 und dem Neigungswinkelerkennungssensor 37 erkannt werden, in Gleichung (7) eingesetzt werden, kann die Trägheitskraftkomponenten-Korrektureinheit 42 eine Korrektur der ersten Trägheitskraftkomponente und der zweiten Trägheitskraftkomponente hinsichtlich der Kräfte der drei Axialrichtungen vornehmen, die von der rechtsseitigen Lastzelle 35a erkannt werden. Indem ebenso die Erkennungsergebnisse, die von der rechtsseitigen Lastzelle 35a, dem Lenkwinkelerkennungssensor 36 und dem Neigungswinkelerkennungssensor 37 erkannt werden, in Gleichung (8) eingesetzt werden, kann die Trägheitskraftkomponenten-Korrektureinheit 42 eine Korrektur der ersten Trägheitskraftkomponente und der zweiten Trägheitskraftkomponente hinsichtlich der Momente um die drei Axialrichtungen vornehmen, die von der rechtsseitigen Lastzelle 35a erkannt werden. Es ist zu beachten, dass zwar oben ausschließlich auf das rechtsseitige Sensorkoordinatensystem Bezug genommen wurde, aber das linksseitige Sensorkoordinatensystem damit identisch ist, weshalb auf seine Beschreibung verzichtet wird.
Auch wurde in der vorstehenden Beschreibung ein Fall beschrieben, wobei die Korrektur der Schwerkraftkomponenten-Korrektureinheit 41 und die Korrektur der Trägheitskraftkomponenten-Korrektureinheit 42 einzeln ausgeführt wurden, doch die Trägheitskraftkomponentenkorrektur kann auch nach der Schwerkraftkomponentenkorrektur stattfinden, oder die Schwerkraftkomponentenkorrektur kann umgekehrt nach der Trägheitskraftkomponentenkorrektur stattfinden. Mit anderen Worten, die Steuervorrichtung 38 kann sowohl die Korrektur durch die Schwerkraftkomponenten-Korrektureinheit 41 als auch die Korrektur durch die Trägheitskraftkomponenten-Korrektureinheit 42 ausführen.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration kann die Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft 30 die Wirkungen der ersten Trägheitskraftkomponente und der zweiten Trägheitskraftkomponente, die jeweils auf den rechtsseitigen Abschnitt des Kranzes 12a und den linksseitigen Abschnitt des Kranzes 12b wirken, mithilfe der Trägheitskraftkomponenten-Korrektureinheit 42 eliminieren. Daher kann die Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft 30 eine Auswirkung eliminieren, die erzeugt wird, wenn die Lenkbetätigungskraft erkannt wird, was dazu führt, dass die Lenkbetätigungskraft genauer erkannt werden kann.
Außerdem kann die Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft 30 die Auswirkungen der Schwerkraftkomponente, die jeweils auf den rechtsseitigen Abschnitt des Kranzes 12a und den linksseitigen Abschnitt des Kranzes 12b wirkt, mithilfe der Schwerkraftkomponenten-Korrektureinheit 41 eliminieren. Daher kann die Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft 30 die Auswirkung eliminieren, die erzeugt wird, wenn die Lenkbetätigungskraft erkannt wird, was dazu führt, dass die Lenkbetätigungskraft genauer erkannt werden kann.
Ausführungsbeispiel 2
Unter Bezugnahme auf 7 wird nun eine Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft 50 gemäß Ausführungsbeispiel 2 beschrieben. 7 ist eine Vorderansicht, die eine Lenkradbaugruppe schematisch darstellt, auf die eine Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft gemäß Ausführungsbeispiel 2 angewandt ist. Es ist zu beachten, dass zur Vermeidung doppelter Beschreibungen nur abweichende Bestandteile beschrieben werden. Zusätzlich zu der Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft in der Konfiguration des Ausführungsbeispiels 1 weist die Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft 50 des Ausführungsbeispiels 2 auch einen Kraftanwendungspunkt-Erkennungssensor 51 auf, der einen Kraftanwendungspunkt, der von einem Fahrer ergriffen wird, erkennen kann. Die Steuervorrichtung 38 kann die sechs Kraftkomponenten, die von den Lastzellen 35a und 35b erkannt werden, anhand der Erkennungsergebnisse des Kraftanwendungspunkt-Erkennungssensors 51 korrigieren.
Wie im Folgenden detailliert beschrieben, sind am rechtsseitigen Griff 21a des rechtsseitigen Abschnitts des Kranzes 12a und am linksseitigen Griff 21b des linksseitigen Abschnitts des Kranzes 12b des Lenkrads 12 in Umfangsrichtung der Griffe 21a und 21b mehrere dieser Kraftanwendungspunkt-Erkennungssensoren 51, die den Kraftanwendungspunkt erkennen können, vorgesehen. Die mehreren Kraftanwendungspunkt-Erkennungssensoren 51 sind in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung vorgesehen. Außerdem sind die mehreren Kraftanwendungspunkt-Erkennungssensoren 51 mit der Steuervorrichtung 38 verbunden, und die Steuervorrichtung kann den Kraftanwendungspunkt an den einzelnen Griffen 21a und 21b anhand der Erkennungsergebnisse der mehreren Kraftanwendungspunkt-Erkennungssensoren 51 identifizieren.
Ferner weist die Steuervorrichtung eine Kraftanwendungspunkt-Korrektureinheit 52 auf, die anhand der Erkennungsergebnisse der mehreren Kraftanwendungspunkt-Erkennungssensoren 51 ein Sensorkoordinatensystem, das um die einzelnen Lastzellen 35a und 35b zentriert ist, in ein Griffkoordinatensystem umwandeln kann, das um den Kraftanwendungspunkt zentriert ist. Das Griffkoordinatensystem besteht aus einem rechtsseitigen Griffkoordinatensystem, das ein dreidimensionales kartesisches Koordinatensystem ist, welches um den rechtsseitigen Griff 21a zentriert ist, und einem linksseitigen Griffkoordinatensystem, das ein dreidimensionales kartesisches Koordinatensystem ist, welches um den linksseitigen Griff 21b zentriert ist. Als Nächstes soll ein Fall beschrieben werden, wobei das rechtsseitige Sensorkoordinatensystem in ein rechtsseitiges Griffkoordinatensystem umgewandelt wird. Um die Beschreibung zu vereinfachen, wird zudem ein Fall beschrieben, wobei nur eine Korrektur durch die Kraftanwendungspunkt-Korrektureinheit 52 durchgeführt wird.
Der Kraftanwendungspunkt des rechtsseitigen Griffes 21a ist C_FR, und der Kraftanwendungspunkt des linksseitigen Griffes 21b ist C_FL. Es ist zu beachten, dass die Kraftanwendungspunkte C_FR und C_FL nach Belieben anhand einer Greifposition des Fahrers modifiziert werden können. Außerdem ist eine Länge von der Mitte S_R der rechtsseitigen Lastzelle 35a zum Kraftanwendungspunkt C_FR des rechtsseitigen Griffes 21a Lg. Da die Mitte S_R der rechtsseitigen Lastzelle 35a sich auf der Z-Achse befindet und der Kraftanwendungspunkt C_FR des rechtsseitigen Griffes 21a sich auf der Z-Achse befindet, wird die Vektorkomponente a_GR von der Mitte S_R der rechtsseitigen Lastzelle 35a zum Kraftanwendungspunkt C_FR des rechtsseitigen Griffes 21a durch Gleichung (9) ausgedrückt. Ebenso wird die Vektorkomponente a_GL von der Mitte S_L der linksseitigen Lastzelle 35a zum Kraftanwendungspunkt C des linksseitigen Griffes 21b durch Gleichung (10) ausgedrückt.
Wie im Folgenden detailliert beschrieben, werden die Gleichungen (11) und (12) erlangt, indem die sechs Kraftkomponenten im Zusammenhang mit der Lenkbetätigungskraft nach der Korrektur korrigiert werden, während die Vektorkomponente a_GR berücksichtigt wird.
Konkret ist in Gleichung (11) die Kraft F_SR, die von der rechtsseitigen Lastzelle 35a erkannt wird, das rechtsseitige Sensorkoordinatensystem, das um die rechtsseitige Lastzelle 35a zentriert ist, doch um die Kraft F_SR in ein rechtsseitiges Griffkoordinatensystem umzuwandeln, das um den Kraftanwendungspunkt zentriert ist, wird die Kraft F_SR unverändert in den Kraftanwendungspunkt C_FR umgerechnet. Mit anderen Worten, da eine Vektorrichtung und Größe der Kraft F_SR sich nicht verändern, ist die Kraft F_GR am Kraftanwendungspunkt C_FR die gleiche wie die Kraft F_SR, die von der rechtsseitigen Lastzelle 35a erkannt wird.
In Gleichung (12) ist außerdem das Moment M_SR, das von der rechtsseitigen Lastzelle 35a erkannt wird, das rechtsseitige Sensorkoordinatensystem, das um die rechtsseitige Lastzelle 35a zentriert ist, doch um das Moment M_SR in ein rechtsseitiges Griffkoordinatensystem umzuwandeln, das um den Kraftanwendungspunkt C_FR zentriert ist, wird ein Moment M_GR des rechtsseitigen Griffkoordinatensystem hergeleitet, indem ein Kreuzprodukt einer Vektorkomponente vom Kraftanwendungspunkt C_FR des rechtsseitigen Griffs 21a zum Schwerpunkt C_GR des rechtsseitigen Abschnitts des Kranzes 12a (a_SR – a_GR) und der Kraft F_SR ermittelt wird.
Indem also die Erkennungsergebnisse, die von der rechtsseitigen Lastzelle 35a und dem Kraftanwendungspunkt-Erkennungssensor 51 erkannt werden, in Gleichung (11) eingesetzt werden, kann die Kraftanwendungspunkt-Korrektureinheit 52 die Kräfte der drei Axialrichtungen, die von der rechtsseitigen Lastzelle 35a erkannt werden, aus einem rechtsseitigen Sensorkoordinatensystem in ein rechtsseitiges Griffkoordinatensystem umwandeln. Indem ebenso die Erkennungsergebnisse, die von der rechtsseitigen Lastzelle 35a und dem Kraftanwendungspunkt-Erkennungssensor 51 erkannt werden, in Gleichung (12) eingesetzt werden, kann die Kraftanwendungspunkt-Korrektureinheit 52 die Momente um die drei Axialrichtungen, die von der rechtsseitigen Lastzelle 35a erkannt werden, aus einem rechtsseitigen Sensorkoordinatensystem in ein rechtsseitiges Griffkoordinatensystem umwandeln. Es ist zu beachten, dass zwar oben ausschließlich auf das rechtsseitige Sensorkoordinatensystem Bezug genommen wurde, aber das linksseitige Sensorkoordinatensystem damit identisch ist, weshalb auf seine Beschreibung verzichtet wird.
Außerdem wurde in der vorstehenden Beschreibung ein Fall beschrieben, wobei nur die Korrektur durch die Kraftanwendungspunkt-Korrektureinheit 52 durchgeführt wurde, doch die Kraftanwendungspunktkorrektur kann auch nach der Schwerkraftkomponentenkorrektur und der Trägheitskraftkomponentenkorrektur stattfinden. Mit anderen Worten, die Steuervorrichtung 38 kann sowohl die Korrektur durch die Kraftanwendungspunkt-Korrektureinheit 52 als auch die Korrektur durch die Schwerkraftkomponenten-Korrektureinheit 41 und die Korrektur durch die Trägheitskraftkomponenten-Korrektureinheit 42 ausführen.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration kann die Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft 30 die Lenkbetätigungskräfte, die von der rechtsseitigen Lastzelle 35a und der linksseitigen Lastzelle 35b erkannt werden, aus Sensorkoordinatensystemen, die um die Lastzellen 35a und 35b zentriert sind, in Griffkoordinatensysteme umwandeln, die um die Kraftanwendungspunkte C_FR und C_FL zentriert sind. Daher kann die Lenkbetätigungskraft des Fahrers, der das Lenkrad 1 betätigt, an den Kraftanwendungspunkten C_FR und C_FL der einzelnen Griffe 21a und 21b erkannt werden.
Es ist zu beachten, dass bei der Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft 30 und 50 des Ausführungsbeispiels 1 und des Ausführungsbeispiels 2 zwar de erste Trägheitskraftkomponente und de zweite Trägheitskraftkomponente von der Trägheitskraftkomponenten-Korrektureinheit 42 korrigiert wurden, aber dass auch eine Konfiguration möglich ist, wobei jeweils eine der Trägheitskraftkomponenten korrigiert wird. Mit anderen Worten, obwohl nur das rechtsseitige Sensorkoordinatensystem erwähnt wird, können die Kräfte der drei Axialrichtungen, die von der rechtsseitigen Lastzelle 35a erkannt werden, für die erste Trägheitskraftkomponente anhand von Gleichung (13) korrigiert werden, aus der die Klausel der zweiten Trägheitskraftkomponente aus Gleichung (7) entfernt wurde. Es ist zu beachten, dass die Momente um die drei Axialrichtungen, die von der rechtsseitigen Lastzelle 35a erkannt werden, wie in Gleichung (8) ausgedrückt, keiner Korrektur bedürfen, da ein Kreuzprodukt der gleichen Axialrichtungen 0 ist.
Außerdem können die Momente um die drei Axialrichtungen, die von der rechtsseitigen Lastzelle 35a erkannt werden, für die zweite Trägheitskraftkomponente anhand von Gleichung (14) und Gleichung (15) korrigiert werden, aus denen die Klausel der ersten Trägheitskraftkomponente aus Gleichung (7) entfernt wurde.
Außerdem wurde in Ausführungsbeispiel 1 und Ausführungsbeispiel 2 ein Fall beschrieben, wobei der Lenkradkranz 12 in zwei Seiten unterteilt war, doch der Lenkradkranz 12 ist nicht auf eine Zweiteilung beschränkt und kann auch in mehrere Abschnitte geteilt werden. In solchen Fällen sind die Vorrichtungen zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft 30 und 50 vorzugsweise derart konfiguriert, dass mehrere Lastzellen entsprechend der Anzahl von Abschnitten angeordnet sind und die Lenkbetätigungskrafteingabe in die einzelnen Lastzellen erkannt werden kann.
Ferner waren in Ausführungsbeispiel 1 und Ausführungsbeispiel 2 die rechtsseitige Lastzelle 35a und die linksseitige Lastzelle 35b im rechtsseitigen Abschnitt des Kranzes 12a bzw. im linksseitigen Abschnitt des Kranzes 12b vorgesehen, doch kann auch auf nur einer Seite eine Lastzelle vorgesehen sein und die Lenkbetätigungskraft von nur einer Seite erkennen.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben, ist die Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft gemäß der vorliegenden Erfindung in Fällen nützlich, in denen Lenkbetätigungskraft erkannt wird, die auf ein Lenkrad angewendet wird, das einen Lenkradkranz aufweist, der in mehrere Abschnitte unterteilt ist, und ist besonders für Fälle geeignet, in denen Trägheitskraft auf das Lenkrad wirkt.
Bezugszeichenliste

1: Lenkrad
5: Lenkwelle
11: Lenkradnabe
12: Lenkradkranz
12a: Rechtsseitiger Abschnitt des Kranzes
12b: Linksseitiger Abschnitt des Kranzes
13: Lenkradspeiche
21a: Rechtsseitiger Griff
21b: Linksseitiger Griff
28: Horizontale Ebene
30: Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft
35a: Rechtsseitige Lastzelle
35b: Linksseitige Lastzelle
36: Lenkwinkelerkennungssensor
37: Neigungswinkelerkennungssensor
38: Steuervorrichtung
41: Schwerkraftkomponenten-Korrektureinheit
42: Trägheitskraftkomponenten-Korrektureinheit
50: Vorrichtung zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft (Ausführungsbeispiel 2)
51: Kraftanwendungspunkt-Erkennungssensor
52: Kraftanwendungspunkt-Korrektureinheit
δ: Lenkwinkel
β: Neigungswinkel

Claims

Vorrichtung (30) zum Erkennen einer Lenkbetätigungskraft an einem Lenkrad (1) mit einem Lenkradkranz (12), aufweisend: ein Eingabeerkennungsmittel zum Erkennen von wenigstens einer von sechs Kraftkomponenten der auf den Lenkkranz (12) wirkenden Lenkbetätigungskraft, bestehend aus Kräften in drei Axialrichtungen und Momenten um drei Achsen; ein Lenkwinkelerkennungsmittel, das den Lenkwinkel des Lenkrads (1) erfasst; und ein Trägheitskraftkomponenten-Korrekturmittel (42), das mittels des von dem Lenkwinkelerkennungsmittel erfassten Verschiebungsbetrags des Lenkwinkels eine Trägheitskraftkomponente, die aufgrund der Drehung des Lenkrads (1) auf den Lenkradkranz (12) wirkt, herleiten kann und das die von dem Eingabeerkennungsmittel erfasste Kraftkomponente so korrigiert, dass die Auswirkung der hergeleiteten Trägheitskraftkomponente eliminiert wird.
Vorrichtung (30) zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft gemäß Anspruch 1, aufweisend eine Zentrifugalkraftvektorkomponente, die als die Trägheitskraftkomponente in einer radialen Richtung auf eine Außenseite des sich drehenden Lenkradkranzes (12) wirkt.
Vorrichtung (30) zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft gemäß Anspruch 1 oder 2, aufweisend eine Trägheitskraftvektorkomponente, die als die Trägheitskraftkomponente entgegengesetzt der Drehrichtung des sich drehenden Lenkradkranzes (12) wirkt.
Vorrichtung (30) zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend: Neigungswinkelerkennungsmittel (37), die einen Neigungswinkel (β) des Lenkrads (1) erkennen können; und Schwerkraftkomponenten-Korrekturmittel, die anhand des Lenkwinkels (δ), der von den Lenkwinkelerkennungsmitteln (36) erkannt wird, und des Neigungswinkels (β), der von den Neigungswinkelerkennungsmitteln (36) erkannt wird, eine Schwerkraftkomponente herleiten kann, die aufgrund eines Eigengewichts des Lenkradkranzes (12) auf den Lenkradkranz (12) wirkt, und das die Kraftkomponente, die von den Eingabeerkennungsmitteln erkannt wird, korrigieren kann, sodass eine Auswirkung der hergeleiteten Schwerkraftkomponente eliminiert wird.
Vorrichtung (30) zum Erkennen von Lenkbetätigungskraft gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend: Kraftanwendungspunkt-Erkennungsmittel (51), die am Lenkradkranz (12) vorgesehen sind und die einen Kraftanwendungspunkt erkennen können, der von einem Bediener ergriffen wird, der den Lenkradkranz (12) betätigt; und Kraftanwendungspunkt-Korrekturmittel (52), die anhand der Erkennungsergebnisse der Kraftanwendungspunkt-Erkennungsmittel (51) die Kraftkomponente, die von den Eingabeerkennungsmitteln erkannt wird, in Koordinaten eines Koordinatensystems umwandeln können, das um den Kraftanwendungspunkt zentriert ist.