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STAND DER TECHNIK
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1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft Elektro-Servolenkvorrichtungen, die an Fahrzeugen, wie z. B. Automobilen montiert sind. Sie betrifft insbesondere eine Elektro-Servolenkvorrichtung mit verbessertem Lenkgefühl in einer frühen Phase des Lenkens.
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2. Stand der Technik
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Eine Elektro-Servolenkvorrichtung detektiert das Drehmoment eines Lenkvorgangs von einem Fahrer des Fahrzeugs und erzeugt ein Unterstützungs-Drehmoment mittels eines Elektromotors gemäß dem detektierten Drehmoment. Es ist bekannt, dass eine solche Elektro-Servolenkvorrichtung mit einem Drehmoment-Verstärkungsmechanismus versehen ist, welcher eine Schneckengetriebeanordnung (d. h. ein Schneckengetriebe) in Vorbereitung für den Fall verwendet, dass ein großes Unterstützungs-Drehmoment benötigt wird, z. B. wenn der Fahrer ein stationäres Lenken (einen Lenkvorgang, wenn das Fahrzeug nicht fährt) oder ein plötzliches Lenken ausführt.
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Solch eine Elektro-Servolenkvorrichtung kann einen Wendepunkt im Lenk-Drehmoment verursachen, und zwar bevor und nachdem das Unterstützungs-Drehmoment von dem Elektromotor erzeugt wird. Dies führt zu einer nichtlinearen Lenkkraft und einem verschlechterten Lenkgefühl. Das heißt, der Fahrer fühlt einen Widerstand, wenn das Lenk-Drehmoment durch den Wendepunkt in einer frühen Phase des Lenkens hindurchgeht, und er spürt dann, dass die Lenkkraft in gestufter Weise verringert wird.
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Daher hat der Fahrer den Eindruck, dass das Fahrzeug eine niedrige Lenkgefühl-Qualität aufweist. Solch eine Veränderung des Lenk-Drehmoments kann durch eine Verringerung des Reibungskoeffizients an den Eingriffsbereichen (den Gleitteilen) des Schneckengetriebes verursacht werden, wenn das Unterstützungs-Drehmoment von dem Motor erzeugt wird, da die Eingriffsbereiche von einem statischen Reibungszustand in einen dynamischen Reibungszustand übergehen.
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Beispielsweise offenbart die japanische ungeprüfte Patentanmeldungs-Veröffentlichung
JP 2004-299 492 A eine herkömmliche Technologie einer Elektro-Servolenkvorrichtung zum Verbessern des Lenkgefühls in einer frühen Phase des Lenkens. Die Elektro-Servolenkvorrichtung verändert das Lenkkraft-Kennlinienmodell zum Einstellen einer Ziel-Lenkkraft zwischen einer frühen Phase der Lenkübergangsphase und den weiteren Lenkphasen, um ein ideales Lenkgefühl sowohl in einer frühen Phase der Lenkübergangsphase, als auch in den anderen Lenkphasen zu erhalten.
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Die US 2015 / 0 360 715 A1 zeigt eine Fahrzeuglenkvorrichtung zur Verbesserung des Lenkverhaltens in Situationen, in denen sich ein Lenkrad des Fahrzeugs in einem unkontrollierten Zustand befindet. Die Fahrzeuglenkvorrichtung weist Folgendes auf: einen ersten und einen zweiten Motor mit gleichen elektrischen Eigenschaften; erste und zweite Stromdetektoren, die erste und zweite Stromwerte in dem ersten bzw. zweiten Motor detektieren; sowie eine Anormalitäts-Diagnoseeinheit. Die Anormalitäts-Diagnoseeinheit liefert die Diagnose einer Anormalität, wenn die Differenz zwischen dem ersten Stromwert und dem zweiten Stromwert einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
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In der
DE 10 2014 118 567 A1 wird ein Verfahren zur Verbesserung des Lenkgefühls bei einer Kugelumlauflenkung offenbart. Das Verfahren reguliert den Druck in einer der Bewegungsrichtung eines Lenkkolbens abgewandten Arbeitskammer des Lenkkolbens. Dies soll einen sogenannten Stick-Slip-Effekt reduzieren, der bei herkömmlichen Kugelumlauflenkungen für ein unnatürliches Lenkgefühl sorgen kann.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Der Übergang des Schneckengetriebes aus dem statischen Reibungszustand in den dynamischen Reibungszustand kann jedoch in der frühen Phase des Lenkens auch mit der Technologie nicht vermieden werden, die in der
JP 2004-299 492 A offenbart ist, welche auf eine Verbesserung des Lenkgefühls mittels der Steuerung abzielt. Daher ist es weiterhin schwierig, diese Einflüsse zu beseitigen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektro-Servolenkvorrichtung mit einem verbesserten Lenkgefühl in einer frühen Phase des Lenkens anzugeben. Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Elektro-Servolenkvorrichtung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand des abhängigen Anspruchs 2.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung gibt eine Elektro-Servolenkvorrichtung an, welche Folgendes aufweist:
- einen Lenkmechanismus, welcher die linken und rechten Vorderräder eines Fahrzeugs lenkt, welches mit der Elektro-Servolenkvorrichtung ausgestattet ist, gemäß der Drehung einer Lenkwelle, an welche das Lenkrad gekoppelt ist;
- einen ersten Motor und einen zweiten Motor, welche ein Unterstützungs-Drehmoment an den Lenkmechanismus gemäß eines Lenkvorgangs des Lenkrads abgeben; und
- eine Steuerung, welche die Drehmomente steuert, die von dem ersten Motor und dem zweiten Motor erzeugt werden.
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Die Steuerung veranlasst den ersten Motor, das Drehmoment in einer Richtung des Lenkvorgangs zu erzeugen, wenn mit der Erzeugung des Unterstützungs-Drehmoments begonnen wird. Die Steuerung veranlasst den zweiten Motor dazu, das Drehmoment zu erzeugen, nachdem eine Drehung des ersten Motors detektiert worden ist. Das Drehmoment des zweiten Motors ist kleiner als das Drehmoment des ersten Motors und entgegengesetzt zu der Richtung des Lenkvorgangs.
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Das Drehmoment, das von dem zweiten Motor erzeugt wird, kann im Wesentlichen gleich einer Variation sein, die mit dem Übergang des Reibungs-Drehmoments aus einem statischen Reibungszustand in einen dynamischen Reibungszustand verknüpft ist. Das Reibungs-Drehmoment wird in einem Übertragungsmechanismus erzeugt, welcher das Drehmoment des ersten Motors auf den Lenkmechanismus überträgt.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird beispielhaft und nicht einschränkend in den Figuren der beigefügten Zeichnungen veranschaulicht, wobei gleiche Bezugszeichen die gleichen Elemente angeben. Die Zeichnungen zeigen in:
- 1 eine Konfiguration einer Elektro-Servolenkvorrichtung, auf welche eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt wird; und
- 2 einen Graphen, der den Übergang von Motor-Drehmomenten eines ersten Motors und eines zweiten Motors in einer frühen Phase des Lenkens der Elektro-Servolenkvorrichtung beispielhaft veranschaulicht.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, eine Elektro-Servolenkvorrichtung mit einem verbesserten Lenkgefühl in der frühen Phase des Lenkens anzugeben, indem sie eine Zweimotor-Konfiguration aus einem ersten Motor und einem zweiten Motor aufweist. Der erste Motor erzeugt ein Drehmoment, während der zweite Motor nach der Detektion einer Drehung des ersten Motors ein Drehmoment in der entgegengesetzten Richtung zu dem ersten Motor erzeugt, so dass das Drehmoment des zweiten Motors kleiner ist als das Drehmoment des ersten Motors.
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Ausführungsform
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Nachstehend wird eine Elektro-Servolenkvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Elektro-Servolenkvorrichtung ist z. B. in einem vierrädrigen Automobil, wie z. B. einem PKW montiert, und sie erzeugt ein Unterstützungs-Drehmoment, wenn ein Fahrer das Fahrzeug lenkt, um die Vorderräder zu bewegen.
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1 veranschaulicht eine Konfiguration der Elektro-Servolenkvorrichtung. Die Elektro-Servolenkvorrichtung 1 weist einen Lenkmechanismus vom Zahnstangentyp auf, wobei ein linkes Gehäuse 10L und ein rechtes Gehäuse 10R um vorgegebene Lenkachsen (virtuelle Drehzapfen-Achsen) gedreht werden. Das linke Gehäuse 10L und das rechte Gehäuse 10R lagern ein linkes Vorderrad WL bzw. ein rechtes Vorderrad WR, so dass diese jeweils um ihre Radachsen drehbar sind.
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Das linke Gehäuse 10L und das rechte Gehäuse 10R sind Teile, welche die jeweiligen Nabenlager so aufnehmen und halten, dass sie drehbar sind. Jedes Nabenlager lagert eine Nabe, an denen das jeweils entsprechende linke und rechte Vorderrad befestigt ist.
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Die Elektro-Servolenkvorrichtung 1 weist ein Lenkrad 20, eine Lenksäule 30, eine Zahnstange 40, eine erste Ritzelwelle 50, eine zweite Ritzelwelle 60, einen ersten Motor 70, einen zweiten Motor 80 und eine Steuerungseinheit 100 für die Elektro-Servolenkeinrichtung (EPSCU) auf.
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Das Lenkrad 20 hat einen ringförmigen Kranz, welcher so angeordnet ist, dass er dem Fahrer gegenüberliegt, und er bildet ein Eingangsteil, mit welchem ein Lenkvorgang von dem Fahrer eingegeben wird, welcher es nach rechts oder nach links um die Mittelachse des Lenkrads 20 dreht. Die Lenksäule 30 ist mit einer Lenkwelle versehen, die eine Drehwelle zum Übertragen einer Drehung des Lenkrads 20 auf die erste Ritzelwelle 50 ist.
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Ein Drehmomentsensor 31 ist an der Lenksäule 30 vorgesehen. Der Drehmomentsensor 31 detektiert ein Lenk-Drehmoment, das von einem Fahrer durch das Lenkrad 20 eingegeben wird (oder eine Reaktionskraft, welche der Fahrer von dem Lenkrad 20 entgegennimmt), indem er die Verdrehung eines Torsionsstabs detektiert, der an einer Zwischenposition der Lenkwelle angeordnet ist.
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Die Zahnstange 40 ist so ausgebildet, dass Zahnstangen-Zähne in einem stabförmigen Teil ausgeschnitten werden, welches in der Breitenrichtung des Fahrzeugs verläuft und von einem (nicht dargestellten) Fahrzeugkörper abgestützt wird, so dass es in der Breitenrichtung des Fahrzeugs beweglich ist. Linke und rechte Enden der Zahnstange 40 sind mit Lenkhebelbereichen des linken Gehäuses 10L und des rechten Gehäuses 10R über linke und rechte Spurstangen 41L bzw. 41R verbunden.
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Die Zahnstange 40 ist mit der Rotation des Lenkrads 20 verzahnt und wird relativ nach rechts und nach links in Bezug auf den Fahrzeugkörper verschoben, um gegen die linke oder rechte Spurstange 41L und 41R zu drücken bzw. diese zu ziehen. Dadurch lenkt sie das linke Vorderrad WL und das rechte Vorderrad WR.
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Die erste Ritzelwelle 50 ist ein Teil einer Drehwellenform, das an einem Endbereich der Lenksäule 30 auf der entgegengesetzten Seite von dem Lenkrad 20 vorgesehen ist. Die erste Ritzelwelle 50 hat ein Ritzel, das mit den Zahnstangen-Zähnen der Zahnstange 40 kämmt, und die Zahnstange 40 wird linear in der Breitenrichtung des Fahrzeugs gemäß der Rotation der ersten Ritzelwelle 50 bewegt. Die erste Ritzelwelle 50 ist ein Teil, welches die Rotation der Lenksäule 30 auf die Zahnstange 40 überträgt und ein Drehmoment vom ersten Motor 70 auf die Zahnstange 40 überträgt.
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Die zweite Ritzelwelle 60 ist ein Teil einer Drehwellenform, das an einer Position angeordnet ist, die von der ersten Ritzelwelle 50 in der Breitenrichtung des Fahrzeugs getrennt ist. Die zweite Ritzelwelle 60 hat ein Ritzel, das mit den Zahnstangen-Zähnen der Zahnstange 40 kämmt. Die zweite Ritzelwelle 60 ist ein Teil, welches ein Drehmoment des zweiten Motors 80 auf die Zahnstange 40 überträgt.
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Der erste Motor 70 und der zweite Motor 80 sind Aktoren, welche die Drehmomente auf die erste Ritzelwelle 50 und die zweite Ritzelwelle 60 über Übertragungsmechanismen 71 bzw. 81 übertragen. Beispielsweise können Elektromotoren, wie z. B. bürstenlose DC-Motoren als erster Motor 70 und zweiter Motor 80 verwendet werden.
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Die Übertragungsmechanismen 71 und 81 weisen jeweils Schnecken auf, welche mit den Ausgangswellen des ersten Motors 70 und des zweiten Motors 80 verbunden sind, Schneckenräder, welche mit der ersten Ritzelwelle 50 und der zweiten Ritzelwelle 60 verbunden sind, und ein Gehäuse, welches diese jeweiligen Komponenten so aufnimmt und lagert, dass sie drehbar sind.
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Die Übertragungsmechanismen 71 und 81 verringern die Geschwindigkeit der Drehausgänge des ersten Motors 70 und des zweiten Motors 80, um die Drehmomente der Drehausgänge zu verstärken, und sie übertragen die verstärkten Drehmomente auf die erste Ritzelwelle 50 bzw. die zweite Ritzelwelle 60. Der erste Motor 70 und der Übertragungsmechanismus 71, sowie der zweite Motor 80 und der zweite Übertragungsmechanismus 81 sind so gestaltet, dass sie im Wesentlichen ähnliche Ausgangseigenschaften, Untersetzungsverhältnisse, innere Reibungen, Übertragungseffizienzen usw. haben.
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Die Steuerungseinheit 100 berechnet Soll-Drehmomente des ersten Motors 70 und des zweiten Motors 80 auf der Basis des Ausgangssignals des Drehmomentsensors 31, und sie steuert dann die zugeführte Leistung, so dass das erzeugte Drehmoment eines jeden Motors im Wesentlichen mit dem korrespondierenden Soll-Drehmoment übereinstimmt.
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Hier dient eine Summe (wenn Drehmomente in der gleichen Richtung erzeugt werden) oder eine Differenz (wenn Drehmomente in unterschiedlichen Richtungen erzeugt werden) der Drehmomente, die von dem ersten Motor 70 und dem zweiten Motor 80 erzeugt werden, als Unterstützungs-Drehmoment, welches an die Zahnstange 40 abgegeben wird. Die Steuerungseinheit 100 ist dazu in der Lage, die Drehrichtung und die Drehzahl eines jeden Motors zu bestimmen.
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Nachstehend wird der Betrieb der Elektro-Servolenkvorrichtung 1 in einer frühen Phase des Lenkens beschrieben. 2 ist ein Graph, der den Übergang der Motor-Drehmomente des ersten Motors 70 und des zweiten Motors 80 in einer frühen Phase des Lenkens der Elektro-Servolenkvorrichtung 1 beispielhaft veranschaulicht.
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In 2 gibt die horizontale Achse die Zeit an, und die vertikale Achse gibt die Drehmomente an, die von dem ersten Motor 70 und dem zweiten Motor 80 erzeugt werden. In 2 sind die Drehmomente des ersten Motors 70 und des zweiten Motors 80 mit einer durchgezogenen Linie bzw. einer gestrichelten Linie dargestellt.
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Die von dem ersten Motor 70 und dem zweiten Motor 80 erzeugten Drehmomente werden so gesteuert, dass sie in zueinander entgegengesetzte Richtungen weisen. Das heißt zum Beispiel, dass der erste Motor 70 so konfiguriert ist, dass er ein Drehmoment in Lenkrichtung nach rechts erzeugt, und dass der zweite Motor 80 so konfiguriert ist, dass er ein Drehmoment in Lenkrichtung nach links erzeugt, oder umgekehrt.
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2 zeigt einen Fall, in welchem ein Fahrzeug geradeaus fährt und dann zum Zeitpunkt t1 nach rechts abbiegt. Vor dem Zeitpunkt t1 erzeugen der erste Motor 70 (dreht z. B. in der rechtswärtigen Lenkrichtung) und der zweite Motor 80 (dreht z. B. in der linkswärtigen Lenkrichtung) vergleichsweise kleine und im Wesentlichen gleiche Drehmomente in zueinander entgegengesetzten Richtungen, so dass diese Drehmomente ausgeglichen sind, um einen Geradeausfahrt-Zustand des Fahrzeugs aufrechtzuerhalten.
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Zum Zeitpunkt t1, wenn der Drehmomentsensor 31 ein Drehmoment infolge eines Lenkvorgangs nach rechts detektiert, stellt die Steuerungseinheit 100 zunächst einen Ausgangsdrehmoment-Instruktionswert des ersten Motors 70 so ein, dass nur das Drehmoment des ersten Motors 70 zunimmt. Folglich wird das Gleichgewicht der Drehmomente zwischen dem ersten Motor 70 und dem zweiten Motor 80 gestört, und ein Unterstützungs-Drehmoment (eine Differenz von Drehmomenten zwischen dem ersten Motor 70 und dem zweiten Motor 80) nach rechts wird erzeugt.
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Zu einem Zeitpunkt t2 gilt dann Folgendes: Wenn die Steuerungseinheit 100 den Beginn einer Drehung des ersten Motors 70 bestimmt (detektiert), dann erhöht die Steuerungseinheit 100 das Drehmoment des zweiten Motors 80 auf der entgegengesetzten Seite von dem Drehmoment des ersten Motors 70, um Einflüsse der Gleitteile zu verringern, wie z. B. das Schneckengetriebe im Übertragungsmechanismus 71 des ersten Motors 70, wobei die Gleitteile aus einem statischen Reibungszustand in einen dynamischen Reibungszustand übergehen.
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Hierbei wird das Drehmoment, das von dem zweiten Motor 80 erzeugt wird, im Wesentlichen äquivalent zur Variation eines Reibungs-Drehmoments des Übertragungsmechanismus 71 des ersten Motors 70 eingestellt (d. h. ein Drehmoment, das notwendig ist, damit der erste Motor 70 nur im Übertragungsmechanismus 71 allein dreht), wenn der Übergang von dem statischen Reibungszustand in den dynamischen Reibungszustand erfolgt.
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Im Falle eines Abbiegens nach links wird wiederum das Drehmoment des zweiten Motors 80 zunächst erhöht, und das Drehmoment des ersten Motors 70 wird nach der Detektion der Rotation des zweiten Motors 80 erhöht.
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Wenn eine Fehlfunktion von einem von dem ersten Motor 70 und dem zweiten Motor 80 detektiert wird, dann verwendet die Steuerungseinheit 100 nur den anderen Motor, der normal arbeitet, um eine ähnliche Steuerung der vorhandenen Steuerung für eine Elektro-Servolenkvorrichtung 1 durchzuführen, und zwar mit einem einzelnen Motor, wobei ein nach links gerichtetes oder ein nach rechts gerichtetes Unterstützungs-Drehmoment von dem einzelnen Motor erzeugt wird.
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Wie oben beschreiben, gilt gemäß dieser Ausführungsform Folgendes: Wenn der erste Motor 70 beginnt, zu rotieren, und die Reibung innerhalb des Übertragungsmechanismus 71, wie z. B. der Schneckengetriebes von dem statischen Reibungszustand in den dynamischen Reibungszustand übergeht, so dass sie sich verringert, dann erzeugt der zweite Motor 80 ein Drehmoment in einer solchen Richtung, dass die Drehmoment-Variation infolge der Reibung des Übertragungsmechanismus 71 des ersten Motors 70 verringert wird.
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Folglich kann der Wendepunkt, der in dem Lenk-Drehmoment verursacht wird, verringert werden, und das Gefühl eines Widerstands oder das Gefühl, dass das Lenk-Drehmoment in gestufter Weise abnimmt, kann unterbunden werden. Daher kann das Lenkgefühl in einer frühen Phase des Lenkvorgangs verbessert werden.
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Modifikationen
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Die vorliegende Erfidung soll nicht als auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt verstanden werden. Verschiedenartige Modifikationen und Veränderungen können gemäß der Erfindung vorgenommen werden, und die Modifikationen und Veränderungen fallen dennoch unter den technischen Schutzumfang der Erfindung. Daher soll die spezielle Konfiguration der Elektro-Servolenkvorrichtung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt sein, und sie kann in geeigneter Weise verändert werden.
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Beispielsweise ist die Elektro-Servolenkvorrichtung der beschriebenen Ausführungsform vom Zahnstangen-Assistenztyp, welcher die Unterstützungskraft direkt auf die Zahnstange überträgt.
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Alternativ kann ein anderer Typ, wie z. B. - aber nicht beschränkt auf - ein Ritzel-Assistenztyp und ein Säulen-Assistenztyp verwendet werden, welche die Unterstützungskraft auf eine Ritzelwelle bzw. eine Lenksäule übertragen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektro-Servolenkvorrichtung
- 10L
- linkes Gehäuse
- 10R
- rechtes Gehäuse
- 20
- Lenkrad
- 30
- Lenksäule
- 31
- Drehmomentsensor
- 40
- Zahnstange
- 41L
- linke Spurstange
- 41R
- rechte Spurstange
- 50
- erste Ritzelwelle
- 60
- zweite Ritzelwelle
- 70
- erster Motor
- 71
- Übertragungsmechanismus
- 80
- zweiter Motor
- 81
- Übertragungsmechanismus
- 100
- Steuerungseinheit
- WL
- linkes Vorderrad
- WR
- rechtes Vorderrad
