DE102016007954A1

DE102016007954A1 - Elektrisch betriebene Lenkvorrichtung, elektrisch betriebene Lenksteuer- bzw. Regelvorrichtung, Verfahren zum Steuern bzw. Regeln einer elektrisch betriebenen Lenkvorrichtung und Computerprogrammerzeugnis

Info

Publication number: DE102016007954A1
Application number: DE102016007954.1A
Authority: DE
Inventors: Masaaki Chiba
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2017-01-05
Anticipated expiration: 2036-06-30
Also published as: CN106314527A; CN106314527B; JP2017013700A; US9988077B2; DE102016007954B4; JP6394520B2; US20170001660A1

Abstract

Filter 39, 35 geben eine Schwingungsunterdrückungsverstärkung zum Unterdrücken einer Resonanz eines Teilrahmens oder Flatterns mittels Durchführen einer Filterverarbeitung an einem Drehwinkel eines Motors 20 aus. Die Filter 39, 35 weisen jeweilige Frequenzkennkurven auf, bei denen eine Verstärkung zu einer maximalen Größe wird und eine Phase um etwa 90° bei einer Grenzwinkelfrequenz vorrückt. Die Grenzwinkelfrequenz des Filters 39 ist fest bei einer Resonanzfrequenz des Teilrahmens eingestellt. Die Grenzwinkelfrequenz des Filters 35 ist veränderlich entsprechend einer Reifendrehfrequenz eingestellt. Ein Verstärkungsaddierer 40 addiert die jeweiligen Verstärkungen der Filter 39, 35 und gibt eine addierte Größe an einen Korrekturmechanismus (36, 33) als Schwingungsunterdrückungsverstärkung aus. Der Korrekturmechanismus (36, 33) korrigiert ein von einem Unterstützungsabbilder 32 eingestelltes Motordrehmoment unter Verwendung der von dem Verstärkungsaddierer 40 ausgegebenen Schwingungsunterdrückungsverstärkung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrisch betriebene Lenkung, die in ein Fahrzeug, so beispielsweise ein Kraftfahrzeug, eingebaut ist, und insbesondere eine elektrisch betriebene Lenkvorrichtung, die sowohl die Resonanz eines Fahrzeugkörperelementes, so beispielsweise eines Teilrahmens, wie auch eine Schwingung infolge einer Drehung eines Reifens, so beispielsweise ein Flattern, unterdrücken kann. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrisch betriebene Lenksteuer- bzw. Regelvorrichtung für eine elektrisch betriebene Lenkung, ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln einer elektrisch betriebenen Lenkung sowie ein Computerprogrammerzeugnis.
Die elektrisch betriebene Lenkung, die in ein Fahrzeug, so beispielsweise ein Kraftfahrzeug, eingebaut ist, umfasst einen Motor zum Ausüben eines Unterstützungsdrehmomentes an einer Lenkvorrichtung, einen Drehmomentsensor zum Detektieren eines von einem Fahrer ausgeübten Lenkdrehmomentes, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Detektieren einer Fahrzeuggeschwindigkeit und eine Steuer- bzw. Regeleinheit (ECU). Die ECU stellt ein Drehmoment zur Ausgabe durch den Motor (Motordrehmoment) auf Grundlage des von dem Drehmomentsensor detektierten Lenkdrehmomentes und der von der Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor detektierten Fahrzeuggeschwindigkeit ein und steuert bzw. regelt einen Strom, der an einen Motor ausgegeben werden soll, um das eingestellte Motordrehmoment (das Unterstützungssteuerung bzw. Regelung genannt wird) bereitzustellen.
Üblicherweise führt die ECU gleichzeitig eine Schwingungsunterdrückungssteuerung bzw. Regelung dafür, eine Schwingung infolge einer Störung, beispielsweise infolge von sympathetischen Schwingungen, zu unterdrücken, zusätzlich zur vorbeschriebenen Unterstützungssteuerung bzw. Regelung aus. Der Grund hierfür rührt daher, dass dann, wenn die Schwingungsunterdrückungssteuerung bzw. Regelung nicht durchgeführt wird, die vorgenannte Schwingung nicht nur auf die Hände des Fahrers übertragen wird, sondern auch ein Drehmoment infolge der vorbeschriebenen Schwingung durch die Unterstützungssteuerung bzw. Regelung vergrößert wird.
Die Druckschrift US 8 626 394 B2 offenbart als Beispiel für eine Schwingungsunterdrückungssteuerung bzw. Regelung eine Vorrichtung, die umfasst: einen Unterstützungsabbilder zum Ausgeben eines Unterstützungsdrehmomentstromes (an einen Motor auszugebender Strom) auf Grundlage eines von einem Fahrer ausgeübten Lenkdrehmomentes, ein Schwingungsextraktionsfilter zum Ausgeben eines Schwingungskomponentensignals durch Verringern einer niederfrequenzseitigen Verstärkung mittels Durchführen einer Filterverarbeitung an einer Drehgeschwindigkeit des Motors, einen stromveränderlichen Verstärkungsabbilder zum Berechnen einer stromveränderlichen Verstärkung auf Grundlage des durch den Motor fließenden Stromes und einen drehgeschwindigkeitsveränderlichen Verstärkungsabbilder zum Berechnen einer drehgeschwindigkeitsveränderlichem Verstärkung auf Grundlage der Drehgeschwindigkeit des Motors, wodurch ein Schwingungsunterdrückungsstrom auf Grundlage des Schwingungskomponentensignals, der stromveränderlichen Verstärkung und der drehgeschwindigkeitsveränderlichen Verstärkung berechnet und sodann der Unterstützungsdrehmomentstrom unter Verwendung des berechneten Schwingungsunterdrückungsstromes korrigiert wird.
Zudem tritt ein Flattern (shimmy) (Reifenflattern) als eine derjenigen Schwingungen auf, die oft während der Fahrt eines Fahrzeuges entstehen. Das Flattern ist eine Schwingung infolge einer unrichtigen Radauswuchtung, die durch einen Radwechsel, eine Korrektur der Radauswuchtung oder dergleichen verursacht wird. Fährt ein Fahrzeug beispielsweise mit etwa 100 bis 120 km/h (mit einer Reifendrehfrequenz von etwa 10 Hz) auf einer Straße, so kann das Lenkrad leicht und schnell schwingen, was das Flattern darstellt.
Eine Schwingung tritt innerhalb einer an einem vorderen Teilrahmen gestützten Aufhängungsvorrichtung infolge einer Drehung des Rades auf, wobei diese auftretende Schwingung (Schwingung infolge der Reifendrehung) auf das Lenkrad durch eine Lenkvorrichtung, die eine Koppelstange, einen Ritzel-Zahnstangen-Mechanismus, eine Lenkwelle und dergleichen mehr beinhaltet, übertragen wird. Das Flattern tritt entsprechend auf. Die Aufhängungsvorrichtung umfasst viele Arten von Elementen, von denen jedes eine natürliche Frequenz aufweist, die für es eindeutig und von anderen verschieden ist. Einige der vorbeschriebenen vielen Arten von Elementen geraten bei der Drehfrequenz des Reifens in Resonanz, wobei mehrere Resonanzen dieser Elemente miteinander kombiniert und zusammen übertragen werden, wodurch das Flattern erzeugt wird. Daher sind mehrere Elemente vorhanden, die in Resonanz befindlich sind, wenn das Flattern auftritt, und es ist nicht einfach, dasjenige Element herauszufinden, das das Flattern verursacht.
Da hierbei das Flattern dann auftritt, wenn die Drehfrequenz des Reifens auf eine spezifische Frequenz zunimmt, und die Schwingungen der mehreren Elemente der Aufhängungsvorrichtung, die bei dieser spezifischen Frequenz in Resonanz befindlich sind, kombiniert und auf die Hände des Fahrers durch die Lenkvorrichtung übertragen werden, ist augenscheinlich, dass das Flattern dann auftritt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit bis zu einer spezifischen Geschwindigkeit zunimmt. Des Weiteren hängt die Drehfrequenz des Reifens, bei der das Flattern auftritt (beim vorbeschriebenen Beispiel eine Flatterauftrittsfrequenz von 10 Hz) vom jeweiligen Fahrzeug, das Besonderheiten, eine eigene Reparaturhistorie und dergleichen aufweist, oder beispielsweise auch von einer alterungsbedingten Verschlechterung der Aufhängungsvorrichtung des Fahrzeuges selbst ab. Dies bedeutet, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit, die das Flattern verursacht, nicht vorhersagbar ist, weshalb es notwendig ist, die Fahrzeuggeschwindigkeit vorab zu untersuchen.
Die Schwingungen, die infolge der Drehung des Reifens, wie vorstehend beschrieben worden ist, auftreten, beinhalten über das Flattern hinausgehend auch etwas, das durch die Verformung einer Scheibenplatte einer Scheibenbremse verursacht wird.
Des Weiteren ist in diesem Fall, wenn die natürliche Frequenz des vorderen Teilrahmens des die Aufhängungsvorrichtung stützenden Fahrzeugkörperelementes in einem Bereich der Flatterauftrittsfrequenz (von beispielsweise etwa 7 bis etwa 14 Hz) ist, wenn die Reifendrehfrequenz bis zu der Flatterauftrittsfrequenz zunimmt, der Teilrahmen bei der Reifendrehfrequenz in Resonanz. Da der Teilrahmen ein groß bemessenes und schweres Element ist, ist die Resonanz des Teilrahmens eine Störung, die durch die Schwingungsunterdrückungssteuerung bzw. Regelung unterdrückt werden muss. Da sich zudem die natürliche Frequenz des Teilrahmens aufgrund einer alterungsbedingten Verschlechterung oder dergleichen nicht übermäßig ändert, ist die Reifendrehfrequenz, bei der der Teilrahmen in Resonanz gerät (Teilrahmenresonanzfrequenz) nicht veränderlich, sondern stabil. Diese Art von Resonanz des Fahrzeugkörperelementes beinhaltet die Resonanz eines Seitenrahmens, der mit dem Teilrahmen verbunden ist, die Resonanz eines Querelementes, das mit dem Seitenrahmen verbunden ist, und dergleichen mehr.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer elektrisch betriebenen Lenksteuer- bzw. Regelvorrichtung, die sowohl die Resonanz des Fahrzeugkörperelementes, so beispielsweise des Teilrahmens, wie auch die Schwingung infolge der Reifendrehung, so beispielsweise das Flattern, geeignet unterdrücken kann.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der weiteren, abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung ist eine elektrisch betriebene Lenkvorrichtung, die umfasst: einen Motor zum Ausüben eines Unterstützungsdrehmomentes an einer Lenkvorrichtung; einen Drehmomentdetektor zum Detektieren eines von einem Fahrer ausgeübten Lenkdrehmomentes; einen Einstellmechanismus zum Einstellen eines Motordrehmomentes zur Ausgabe an den Motor auf Grundlage des von dem Drehmomentdetektor detektierten Lenkdrehmomentes; einen Drehwinkeldetektor zum Detektieren eines Drehwinkels des Motors; einen Filterprozessor zum Ausgeben einer Schwingungsunterdrückungsverstärkung zum Unterdrücken einer Resonanz eines Fahrzeugkörperelementes und einer Schwingung infolge einer Reifendrehung mittels Durchführen einer Filterverarbeitung an dem von dem Drehwinkeldetektor detektierten Drehwinkel des Motors; und einen Korrekturmechanismus zum Korrigieren des von dem Einstellmechanismus eingestellten Motordrehmomentes unter Verwendung der von dem Filterprozessor ausgegebenen Schwingungsunterdrückungsverstärkung, um so eine Resonanz des Fahrzeugkörperelementes und die Schwingung infolge der Reifendrehung zu unterdrücken, wobei der Filterprozessor ein erstes Filter umfasst, das eine Frequenzkennkurve aufweist, bei der eine Verstärkung zu einer spezifischen Größe wird und eine Phase um etwa 90° bei einer Grenzwinkelfrequenz vorrückt, die fest bei einer Resonanzfrequenz eines spezifischen Fahrzeugkörperelementes eingestellt ist, ein zweites Filter, das eine andere Frequenzkennkurve aufweist, bei der eine Verstärkung zu einer spezifischen Größe wird und eine Phase um etwa 90° bei einer Grenzwinkelfrequenz vorrückt, die veränderlich entsprechend einer Reifendrehfrequenz eingestellt ist, die entsprechend einer Fahrzeuggeschwindigkeit veränderlich ist, und einen Verstärkungsaddierer, der die Verstärkung des ersten Filters und die Verstärkung des zweiten Filters addiert und eine addierte Größe an den Korrekturmechanismus als von dem Filterprozessor ausgegebene Schwingungsunterdrückungsverstärkung ausgibt.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden die Verstärkung des ersten Filters und die Verstärkung des zweiten Filters addiert und sodann an den Korrekturmechanismus ausgegeben.
Da in diesem Fall die Grenzwinkelfrequenz bei der Resonanzfrequenz des Fahrzeugkörperelementes in dem ersten Filter fest ist, wird die Resonanz des Fahrzeugkörperelementes stets stabil durch die Drehmomentkorrektur auf Grundlage der Schwingungsunterdrückungsverstärkung unterdrückt.
Da jedoch die Grenzwinkelfrequenz entsprechend der Reifendrehfrequenz bei dem zweiten Filter veränderlich ist, wird sogar dann, wenn die Schwingung infolge der Reifendrehung (beispielsweise das Flattern) bei einer beliebigen Frequenz aufgetreten ist, diese Schwingung stets durch die Korrektur auf Grundlage der Schwingungsunterdrückungsverstärkung unterdrückt. Sogar dann, wenn Fahrzeuge verschiedene Schwingungsfrequenzen aufgrund dessen aufweisen, dass die Reifendrehung von deren Besonderheiten abhängt, oder ein Fahrzeug aufgrund einer alterungsbedingten Verschlechterung seiner Aufhängungsvorrichtung oder dergleichen eine alterungsbedingte Verschlechterung erfährt, kann die Schwingung geeignet unterdrückt werden. Da zudem nicht notwendig ist, die Schwingungsfrequenz infolge der Reifendrehung vorab zu kennen, kann eine Unterdrückung der Schwingung infolge der Reifendrehung leicht erreicht werden.
Da darüber hinaus in jedem Falle die Phase um etwa 90° vorrückt, wird die Korrektur des Motordrehmomentes durch den Korrekturmechanismus ausgeführt, wobei die Phase um 90° verschoben wird. Infolgedessen wird eine Viskosität derart ausgeübt (Viskositätsausübungssteuerung bzw. Regelung), dass die Resonanz des Fahrzeugkörperelementes und die Schwingung infolge der Reifendrehung sicher und wirkungsvoll durch diese Viskosität unterdrückt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, wenn der vorbeschriebene Filterprozessor des Weiteren Gewichtungsanpasser umfasst, die die Verstärkung des ersten Filters und die Verstärkung des zweiten Filters bezugsrichtig vor dem Addieren der Verstärkung des ersten Filters und der Verstärkung des zweiten Filters durch den Verstärkungsaddierer gewichten.
Entsprechend dieser Struktur ist durch das Gewichten der Verstärkungen der ersten und zweiten Filter der Verschiebebetrag von der Phase von etwa 90° bei der Grenzwinkelfrequenz im Vergleich zu einem Fall ohne Gewichtung vergleichsweise klein. Entsprechend wird die Viskositätsausübungssteuerung bzw. Regelung derart durchgeführt, dass die Resonanz des Fahrzeugkörperelementes und die Schwingung infolge der Reifendrehung stets sicher und wirkungsvoll durch die Viskosität unterdrückt werden.
Vorzugsweise gilt, dass die Grenzwinkelfrequenz derart variiert wird, dass die Grenzwinkelfrequenz entsprechend einer Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit höher wird und die Grenzwinkelfrequenz entsprechend einer Abnahme der Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger wird.
Weiter bevorzugt gilt, dass die Grenzwinkelfrequenz stufenweise in vorbestimmten Intervallen variiert wird.
Vorzugsweise gilt, dass der Filterprozessor einen Verstärkungsanpasser zum Anpassen der Schwingungsunterdrückungsverstärkung derart beinhaltet, dass die Schwingungsunterdrückungsverstärkung in einem Bereich gleich etwa 0 ist, der niedriger als eine spezifische untere Grenzfrequenz ist, die niedriger als die Grenzwinkelfrequenz ist, und höher als eine Frequenz der Lenkkomponente des Fahrers ist, wohingegen die Schwingungsunterdrückungsverstärkung größer wird, wenn die Frequenz in einem anderen Bereich höher ist, der höher als die spezifische untere Grenzfrequenz ist.
Entsprechend einem weiteren Aspekt wird eine elektrisch betriebene Lenksteuer- bzw. Regelvorrichtung für eine elektrisch betriebene Lenkvorrichtung bereitgestellt, wobei die Lenkvorrichtung umfasst: einen Motor zum Ausüben eines Unterstützungsdrehmomentes an einer Lenkvorrichtung, einen Drehmomentdetektor zum Detektieren eines von einem Fahrer ausgeübten Lenkdrehmomentes und einen Drehwinkeldetektor zum Detektieren eines Drehwinkels des Motors; wobei die elektrisch betriebene Lenksteuer- bzw. Regelvorrichtung umfasst:
einen Einstellmechanismus zum Einstellen eines Motordrehmomentes zur Ausgabe an den Motor auf Grundlage des von dem Drehmomentdetektor detektierten Lenkdrehmomentes;
einen Filterprozessor zum Ausgeben einer Schwingungsunterdrückungsverstärkung zum Unterdrücken einer Resonanz eines Fahrzeugkörperelementes und einer Schwingung infolge einer Reifendrehung mittels Durchführen einer Filterverarbeitung an dem von dem Drehwinkeldetektor detektierten Drehwinkel des Motors; und
einen Korrekturmechanismus zum Korrigieren des von dem Einstellmechanismus eingestellten Motordrehmomentes unter Verwendung der von dem Filterprozessor ausgegebenen Schwingungsunterdrückungsverstärkung, um so die Resonanz des Fahrzeugkörperelementes und die Schwingung infolge der Reifendrehung zu unterdrücken;
wobei der Filterprozessor ein erstes Filter umfasst, das eine Frequenzkennkurve aufweist, bei der eine Verstärkung zu einer spezifischen Größe wird und eine Phase um etwa 90° bei einer Grenzwinkelfrequenz vorrückt, die fest bei einer Resonanzfrequenz eines spezifischen Fahrzeugkörperelementes eingestellt ist,
ein zweites Filter, das eine andere Frequenzkennkurve aufweist, bei der eine Verstärkung zu einer spezifischen Größe wird und eine Phase um etwa 90° bei einer Grenzwinkelfrequenz vorrückt, die veränderlich entsprechend einer Reifendrehfrequenz eingestellt ist, die entsprechend einer Fahrzeuggeschwindigkeit veränderlich ist, und
einen Verstärkungsaddierer, der die Verstärkung des ersten Filters und die Verstärkung des zweiten Filters addiert und eine addierte Größe an den Korrekturmechanismus als von dem Filterprozessor ausgegebene Schwingungsunterdrückungsverstärkung ausgibt.
Vorzugsweise gilt, dass der Filterprozessor des Weiteren Gewichtungsanpasser umfasst, die die Verstärkung des ersten Filters und die Verstärkung des zweiten Filters bezugsrichtig vor dem Addieren der Verstärkung des ersten Filters und der Verstärkung des zweiten Filters durch den Verstärkungsaddierer gewichten.
Entsprechend einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln einer elektrisch betriebenen Lenkvorrichtung bereitgestellt, wobei die Lenkvorrichtung umfasst: einen Motor zum Ausüben eines Unterstützungsdrehmomentes an einer Lenkvorrichtung, einen Drehmomentdetektor zum Detektieren eines durch einen Fahrer ausgeübten Lenkdrehmomentes und einen Drehwinkeldetektor zum Detektieren eines Drehwinkels des Motors, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst:
Einstellen eines Motordrehmomentes zur Ausgabe an den Motor auf Grundlage des von dem Drehmomentdetektor detektierten Lenkdrehmomentes;
Einstellen einer ersten Verstärkung derart, dass sie zu einer spezifischen Größe wird und eine Phase um etwa 90° bei einer Grenzwinkelfrequenz vorrückt, die fest bei einer Resonanzfrequenz eines spezifischen Fahrzeugkörperelementes eingestellt ist;
Einstellen einer zweiten Verstärkung derart, dass sie zu einer spezifischen Größe wird und eine Phase um etwa 90° bei einer Grenzwinkelfrequenz vorrückt, die veränderlich entsprechend einer Reifendrehfrequenz eingestellt ist, die entsprechend einer Fahrzeuggeschwindigkeit veränderlich ist;
Addieren der ersten und zweiten Verstärkungen;
Ausgeben einer addierten Größe der ersten und zweiten Verstärkungen als Schwingungsunterdrückungsverstärkung zum Unterdrücken einer Resonanz eines Fahrzeugkörperelementes und einer Schwingung infolge einer Reifendrehung; und
Korrigieren des Motordrehmomentes unter Verwendung der Schwingungsunterdrückungsverstärkung, um so eine Resonanz des Fahrzeugkörperelementes und die Schwingung infolge der Reifendrehung zu unterdrücken.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren des Weiteren den Schritt des Gewichtens der Verstärkungen vor dem Addieren der Verstärkungen.
Entsprechend einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogrammerzeugnis bereitgestellt, das computerlesbare Anweisungen umfasst, die dann, wenn sie in ein geeignetes System geladen sind und dort ausgeführt werden, die Schritte nach einem der vorbeschriebenen Verfahren ausführen können.
Weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenschau mit der begleitenden Zeichnung.
1 ist eine Gesamtstruktur einer elektrisch betriebenen Lenkung entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Blockdiagramm der elektrisch betriebenen Lenkung.
3 ist ein Graph zur Darstellung eines Unterstützungsabbilders in dem vorbeschriebenen Blockdiagramm.
4 ist ein Bode-Diagramm zur Darstellung einer Frequenzkennkurve von Filtern in dem vorbeschriebenen Blockdiagramm.
5 ist ein Bode-Diagramm eines Teilrahmenresonanzextraktionsfilters, bei dem eine Grenzwinkelfrequenz fest auf eine Teilrahmenresonanzfrequenz eingestellt ist.
6 ist ein Graph zur Darstellung einer Beziehung zwischen einer Reifendrehfrequenz und einer Beschleunigung eines Lenkrades in Umfangsrichtung, die der Erläuterung des Auftritts eines Reifenflatterns dient.
7 ist ein Bode-Diagramm eines Flatterextraktionsfilters, bei dem eine Grenzwinkelfrequenz veränderlich entsprechend der Reifendrehfrequenz eingestellt ist, die entsprechend einer Fahrzeuggeschwindigkeit veränderlich ist.
8 ist ein Graph zur Darstellung des Betriebes eines Verstärkungsanpassers in dem vorbeschriebenen Blockdiagramm.
9 ist ein Graph eines Gewichtungskoeffizienten α, den ein erster Gewichtungsanpasser in dem vorbeschriebenen Blockdiagramm verwendet.
10 ist ein Graph eines Gewichtungskoeffizienten β, den ein zweiter Gewichtungsanpasser in dem vorbeschriebenen Blockdiagramm verwendet.
11 ist ein Bode-Diagramm eines Falles, in dem ein Verstärkungsaddierer in dem vorbeschriebenen Blockdiagramm eine Gewichtungsaddition einer von dem ersten Gewichtungsanpasser eingegebenen Schwingungsunterdrückungsverstärkung und einer von dem zweiten Gewichtungsanpasser eingegebenen Schwingungsgewichtungsverstärkung vornimmt (Fall, in dem sich die vorbeschriebenen Gewichtungskoeffizienten α, β entsprechend der Frequenz, wie in 9 und 10 gezeigt ist, ändern).
12 ist ein Bode-Diagramm eines Falles, in dem der Verstärkungsaddierer einfach die von dem ersten Gewichtungsanpasser eingegebene Schwingungsunterdrückungsverstärkung und die von dem zweiten Gewichtungsanpasser eingegebene Schwingungsunterdrückungsverstärkung addiert (Fall, in dem die vorbeschriebenen Gewichtungskoeffizienten α, β unabhängig von der Frequenz stets gleich etwa 1 sind).
13 ist ein Diagramm zur vergrößerten Darstellung eines Verschiebebetrages von einer Phase von etwa 90° bei der Teilrahmenresonanzfrequenz für den Fall der Gewichtungsaddition von 11.
14 ist ein Diagramm zur vergrößerten Darstellung eines Verschiebebetrages von einer Phase von etwa 90° der Teilrahmenresonanzfrequenz für den Fall der einfachen Addition von 12.
15 ist ein Graph zur Darstellung von jeweiligen Auftrittszuständen einer Teilrahmenresonanz und des Flatterns vor oder nach einer Verbesserung bei ersten beziehungsweise zweiten experimentellen Beispielen, die der Erläuterung des Effektes der Ausführungsform dienen.
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.
Die vorliegende Ausführungsform betrifft eine elektrisch betriebene Lenksteuer- bzw. Regelvorrichtung, die die Resonanz eines Teilrahmens als Fahrzeugkörperelement wie auch das Flattern einer Schwingung infolge einer Reifendrehung, wie in 1 und 2 gezeigt ist, unterdrücken kann. Ein Teilrahmenresonanzextraktionsfilter 39 gibt eine Schwingungsunterdrückungsverstärkung zur Unterdrückung der Resonanz eines Teilrahmens 8 („Teilrahmenresonanzunterdrückungsverstärkung” genannt) mittels Durchführen einer Filterverarbeitung an einem Drehwinkel eines Motors 20 aus. Ein Flatterextraktionsfilter 35 gibt eine Schwingungsunterdrückungsverstärkung zur Unterdrückung des Flatterns („Flatterunterdrückungsverstärkung” genannt) mittels Durchführen der Filterverarbeitung an dem Drehwinkel des Motors 20 aus. Die Filter 39, 35 weisen eine Frequenzkennkurve auf, bei der die Verstärkung zu einer maximalen Größe wird und die Phase um etwa 90° bei einer Grenzwinkelfrequenz jeweils vorrückt. Die Grenzwinkelfrequenz des Filters 39 ist fest bei einer Resonanzfrequenz des Teilrahmens 8 als Fahrzeugkörperelement eingestellt. Die Grenzwinkelfrequenz des Filters 35 ist veränderlich entsprechend der Reifendrehfrequenz eingestellt, die entsprechend einer Fahrzeuggeschwindigkeit veränderlich ist. Ein Verstärkungsaddierer 40 addiert beide Verstärkungen der Filter 39, 35 und gibt diese addierte Größe an einen Korrekturmechanismus (der einen Schwingungsunterdrückungsdrehmomenterzeuger 36 und einen Addierer 33, was nachstehend noch beschrieben wird, umfasst) als Schwingungsunterdrückungsverstärkung aus. Der Korrekturmechanismus (Schwingungsunterdrückungsdrehmomenterzeuger 36, Addierer 33) korrigiert ein Motordrehmoment, das bei einem Unterstützungsabbilder 32 unter Verwendung der ausgegebenen Schwingungsunterdrückungsverstärkung eingestellt wird.
Insbesondere umfasst, wie in 1 gezeigt ist, ein Fahrzeug (nicht dargestellt) entsprechend der vorliegenden Ausführungsform ein Lenkrad 1, eine Lenkwelle 2, eine Zwischenwelle 4, die über an beiden Enden hiervon vorgesehene Universalkupplungen 4a, 4b gekoppelt ist, einen Ritzel-Zahnstangen-Mechanismus 5 und eine Lenkvorrichtung zum Lenken von Vorderrädern 7 durch Kopplungsstangen 6. Des Weiteren ist in das Fahrzeug eine elektrisch betriebene Lenkung vom Säulenunterstützungstyp zum Ausüben eines Unterstützungsdrehmomentes an der Lenkvorrichtung eingebaut, die den Motor 20, der mit der Lenkwelle 2 über ein Geschwindigkeitsverringerungs- bzw. Untersetzungsgetriebe 3 gekoppelt ist, einen Drehmomentsensor (entsprechend einem „Drehmomentdetektor” der vorliegenden Erfindung) 10 zum Detektieren eines von einem Fahrer ausgeübten Lenkdrehmomentes, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 11 zum Detektieren einer Fahrzeuggeschwindigkeit und eine ECU (elektrische Steuer- bzw. Regeleinheit) 30 umfasst.
In 1 ist der vordere Teilrahmen 8 (entsprechend dem „Fahrzeugkörperelement” der vorliegenden Erfindung) ein Rahmen, der an einer untersten Position eines vorderen Abschnittes des Fahrzeuges befindlich ist und an der ein Motor (nicht dargestellt) montiert ist, wobei Bezugszeichen 9 eine Aufhängungsvorrichtung der Vorderräder 7, die an dem vorderen Teilrahmen 8 aufgehängt sind, bezeichnet.
Die ECU 30 ist ein Mikroprozessor, der eine CPU, einen ROM, einen RAM und anderes umfasst und dafür ausgelegt ist, ein Motordrehmoment zur Ausgabe an den Motor 20 auf Grundlage des von dem Drehmomentsensor 10 detektierten Lenkdrehmomentes und der von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 11 detektierten Fahrzeuggeschwindigkeit einzustellen und einen Strom zur Ausgabe an den Motor zu steuern bzw. zu regeln, um so das eingestellte Drehmoment (Unterstützungssteuerung bzw. Regelung) bereitzustellen.
Die elektrisch betriebene Lenkung führt gleichzeitig eine Schwingungsunterdrückungssteuerung bzw. Regelung zum Unterdrücken einer Resonanz des Fahrzeugkörperelementes, so beispielsweise des Teilrahmens 8, sowie einer Schwingung infolge einer Reifendrehung, so beispielsweise einer Schwingung, die durch ein Flattern oder eine Verformung einer Scheibenplatte einer Scheibenbremse verursacht wird, durch. Zu diesem Zweck umfasst sie einen Motorwinkelsensor (entsprechend einem „Drehwinkelsensor” der vorliegenden Erfindung) 12 zum Detektieren eines Drehwinkels des Motors 20. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Resonanzfrequenz des Teilrahmens 8 gleich etwa 10 Hz (siehe 5).
Nachstehend wird die vorbeschriebene Schwingungsunterdrückungssteuerung bzw. Regelung entsprechend der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 2 ist ein Blockdiagramm der elektrisch betriebenen Lenkung, 3 ist ein Graph zur Darstellung eines Unterstützungsabbilders 32 in dem vorbeschriebenen Blockdiagramm, und 4 ist ein Bode-Diagramm zur Darstellung einer Frequenzkennkurve der Filter 35, 39 in dem vorbeschriebenen Blockdiagramm, wobei es sich hier um eine Kombination aus einem Verstärkungsdiagramm und einem Phasendiagramm handelt.
Wie in 2 gezeigt ist, wird das von dem Fahrer ausgeübte Lenkdrehmoment von dem Drehmomentsensor 10 detektiert und in ein Tiefpassfilter 31 eingegeben. Ein Lenkkomponentensignal auf einer Niederfrequenzseite, das eine Frequenz einer Lenkkomponente eines Fahrers (etwa 4 bis etwa 6 Hz) beinhaltet, wird aus dem in das Tiefpassfilter 31 eingegebenen Drehmoment extrahiert und in einen Unterstützungsabbilder (entsprechend einem „Einstellmechanismus” der vorliegenden Erfindung) 32 eingegeben. Der Unterstützungsabbilder 32 zeigt Eingabe-Ausgabe-Kennkurven zwischen dem Lenkdrehmoment als Eingabe und dem Motordrehmoment als Ausgabe, wie in 3 gezeigt ist. Die Eingabe-Ausgabe-Kennkurven werden vorab eingestellt. Insbesondere stellt die Abszisse des Graphen das Lenkdrehmoment dar, während die Ordinate das Motordrehmoment darstellt. Bei einem Beispiel dieses Graphen sind jeweilige Eingabe-Ausgabe-Kennkurven der Fahrzeuggeschwindigkeit von etwa 10 km/h, etwa 30 km/h, etwa 80 km/h und etwa 150 km/h eingestellt. Die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 11 detektierte Fahrzeuggeschwindigkeit wird in den Unterstützungsabbilder 32 eingegeben. Hierbei gilt: Je größer das Lenkdrehmoment ist oder je kleiner die Fahrzeuggeschwindigkeit ist, desto größer ist das eingestellte Motordrehmoment.
Das von dem Unterstützungsabbilder 32 eingestellte Motordrehmoment wird durch einen Addierer (entsprechend einem Teil eines „Korrekturmechanismus” der vorliegenden Erfindung) 33 korrigiert. Insbesondere wird das von dem Unterstützungsabbilder 32 eingestellte Motordrehmoment in den Addierer 33 eingegeben, wo ein Schwingungsunterdrückungsdrehmoment, das in einem Schwingungsunterdrückungsdrehmomenterzeuger (entsprechend einem Teil des „Korrekturmechanismus” der vorliegenden Erfindung) 36 erzeugt wird, wie nachstehend noch beschrieben wird, addiert wird. Das mittels des Schwingungsunterdrückungsdrehmomenterzeugers 36 und des Addierers 33 korrigierte Motordrehmoment wird in eine Stromsteuerung bzw. Regelung 34 eingegeben. Die Stromsteuerung bzw. Regelung 34 stellt einen Strom (elektrischer Strom) zur Bereitstellung des eingegebenen Motordrehmomentes für den Motor 20 bereit. Hierbei wird das Motordrehmoment durch das Geschwindigkeitsverringerungs- bzw. Untersetzungsgetriebe 3 vergrößert (verstärkt) und sodann an der Lenkwelle 2 ausgeübt. Auf diese Weise wird die Unterstützungssteuerung bzw. Regelung durchgeführt.
Die Schwingungsunterdrückungssteuerung bzw. Regelung, die gleichzeitig mit der Unterstützungssteuerung bzw. Regelung durchgeführt wird, beginnt mit einem Detektieren des Drehwinkels des Motors 20 mittels des Motorwinkelsensors 12 und Eingeben dieses detektierten Winkels in die beiden Filter 35, 39. Jeder dieser Filter 35, 39 wird von einem bekannten sekundären Bypassfilter gebildet, der die nachfolgenden Frequenzkennkurven aufweist.
Wie in 4 gezeigt ist, extrahieren die Filter 35, 39 die Eingabe eines Frequenzbandes (etwa 7 bis etwa 30 Hz), das eine Grenzwinkelfrequenz (In 4 gezeigt ist ein Beispiel, bei dem die Grenzfrequenz bei etwa 10 Hz liegt) beinhaltet, auf einer Hochfrequenzseite, die höher als die Frequenz der Lenkkomponente des Fahrers (etwa 4 bis etwa 6 Hz) ist, und geben sodann durch Multiplizieren eine erste Verstärkung mit einer Größe aus, die größer als etwa 1 und der Phase nach vorgerückt ist. Insbesondere wird bei der Grenzwinkelfrequenz (etwa 10 Hz) die Größe der Verstärkung zu einem Extremum (etwa 10 Hz bei dem dargestellten Beispiel), sodass die erste Verstärkung bei einer Größe von etwa 10 mit einer Phase, die um etwa 90° vorgerückt ist, ausgegeben wird.
Die Filter 35, 39 extrahieren die Eingabe des Frequenzbandes (etwa 30 bis etwa 100 Hz beim dargestellten Beispiel) auf der Hochfrequenzseite, die höher als das vorbeschriebene Frequenzband (etwa 7 bis etwa 30 Hz) ist, und geben sodann durch Multiplizieren die zweite Verstärkung mit der Größe von etwa 1 aus, die im Wesentlichen nicht der Phase nach vorgerückt ist.
Die Filter 35, 39 extrahieren die Eingabe des Frequenzbandes (etwa 1 bis etwa 7 Hz beim dargestellten Beispiel) auf einer Niederfrequenzseite, die niedriger als das vorbeschriebene Frequenzband (etwa 7 bis etwa 30 Hz) ist, und geben sodann durch Multiplizieren eine dritte Verstärkung mit einer Größe aus, die kleiner als etwa 1 und der Phase nach vorgerückt ist.
Die Frequenzkennkurven der Filter 35, 39 können annähernd durch die nachfolgende Formel (Durchlassfunktionsformel eines sekundären Bypassfilters) nachgebildet (verwirklicht) werden. Formel: s 2/(s2 + 2ζωcs + ωc2)
Hierbei ist s ein Laplace-Operator, ζ ein Dämpfungskoeffizient und ωc die Grenzwinkelfrequenz (cut-off angle frequency).
Die vorbeschriebenen Frequenzbänder (etwa 1 bis etwa 7 Hz, etwa 7 bis etwa 30 Hz, etwa 30 bis etwa 100 Hz) können einfach in verschiedenen Bereichen dadurch eingestellt werden, dass die vorbeschriebenen Frequenzkennkurven der Filter 35, 39 des sekundären Bypassfilters mit der vorbeschriebenen Durchlassfunktionsformel geändert werden. Es kann beispielsweise eine beliebige Größe als Grenzwinkelfrequenz ωc, die einer der Parameter ist, zugeordnet werden.
5 ist ein Bode-Diagramm des Teilrahmenresonanzextraktionsfilters (entsprechend einem „ersten Filter” der vorliegenden Erfindung) 39, bei dem die Grenzwinkelfrequenz ωc fest bei der Resonanzfrequenz des Teilrahmens 8 des Fahrzeugkörperelementes (etwa 10 Hz bei der vorbeschriebenen vorliegenden Ausführungsform) eingestellt ist. Dies bedeutet, dass in dem in 4 gezeigten Bode-Diagramm das Frequenzband (etwa 7 bis etwa 30 Hz), wo die erste Verstärkung ausgegeben wird, auf ein erstes Frequenzband eingestellt ist, das Frequenzband (etwa 30 bis etwa 100 Hz), wo die zweite Verstärkung ausgegeben wird, auf ein zweites Frequenzband eingestellt ist, beziehungsweise das Frequenzband (etwa 1 bis etwa 7 Hz), wo die dritte Verstärkung ausgegeben wird, auf ein drittes Frequenzband eingestellt ist.
Wie wiederum in 2 gezeigt ist, wird das Produkt (siehe Bezugszeichen GA in der Figur) eines Extraktionsergebnisses des Teilrahmenresonanzextraktionsfilters 39 und der Verstärkung in den Verstärkungsaddierer 40 mittels des ersten Gewichtungsanpassers 38a als Schwingungsunterdrückungsverstärkung eingegeben. Der Betrieb des ersten Gewichtungsanpassers 38a wird nachstehend beschrieben.
6 ist ein Graph zur Darstellung einer Beziehung zwischen einer Reifendrehfrequenz, die der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, und einer Beschleunigung des Lenkrades 1 in Umfangsrichtung, was einem Ausmaß der Schwingung (Schwingungspegel) entspricht, was der Erläuterung des Auftritts eines Flatterns (Reifenflattern) dient. Die Reifendrehfrequenz f (Hz) wird aus der Fahrzeuggeschwindigkeit V (km/h) und einem Reifenradius (dynamischer Radius) R(m) unter Verwendung der nachfolgenden Umwandlungsformel bestimmt. Es seien beispielsweise V = 110 und R = 0,485 und f = 10. Umwandlungsformel: f = V/(3,6 × 2 × π × R)
Bei der vorliegenden Ausführungsform berechnet ein Reifendrehfrequenzwandler, der in 2 mit Bezugszeichen 37 bezeichnet ist, die Reifendrehfrequenz f auf Grundlage der von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 11 detektierten Fahrzeuggeschwindigkeit und gibt diese sodann an das Teilrahmenresonanzextraktionsfilter 39 von 5 und das Flatterextraktionsfilter 35 von 7, das als Nächstes beschrieben wird, aus.
Das Flattern ist eine Schwingung infolge einer schlechten Radauswuchtung und stellt ein Phänomen dar, bei dem die Schwingung infolge der Drehung des Reifens bewirkt, dass die Lenkvorrichtung oder die diese umgebenden Elemente in Resonanz geraten, wodurch das Lenkrad 1 beispielsweise geringfügig und schnell erschüttert wird (schwingt). Dies bedeutet, dass eine von der Drehung des Reifens erzeugte Schwingungskraft eine Schwingung verursacht, die innerhalb der an dem Teilrahmen 8 aufgehängten Aufhängungsvorrichtung 9 erzeugt wird, wobei diese Schwingung auf das Lenkrad 1 mittels der Lenkvorrichtung übertragen wird, die die Kopplungsstange 6, den Ritzel-Zahnstangen-Mechanismus 5, die Zwischenwelle 4, die Lenkwelle 2 und anderes umfasst. Dies stellt das Flattern dar. Das Flattern tritt auf, wenn die Reifendrehfrequenz bis zu einer Flatterauftrittsfrequenz (entsprechend der Reifendrehfrequenz, wenn das Flattern auftritt) ansteigt, was ein Resonanzpunkt ist. Hierbei hängt die Flatterauftrittsfrequenz davon ab, ob die Fahrzeuge Besonderheiten, verschiedene Reparaturhistorien und dergleichen aufweisen. Zudem hängt die Flatterauftrittsfrequenz beispielsweise von der alterungsbedingten Verschlechterung der Aufhängungsvorrichtung 9 eines Fahrzeuges selbst ab.
7 ist ein Bode-Diagramm des Flatterextraktionsfilters 35 (entsprechend einem „zweiten Filter” der vorliegenden Erfindung), bei dem die Grenzwinkelfrequenz ωc entsprechend der Reifendrehfrequenz veränderlich eingestellt ist, die entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit veränderlich ist. Dies bedeutet, dass die Grenzwinkelfrequenz, die bei etwa 10 Hz eingestellt ist, bei mehreren Reifendrehfrequenzen (bei den dargestellten Beispielen etwa 7, etwa 8, etwa 9, etwa 10, etwa 11, etwa 12, etwa 13 und etwa 14 Hz) in dem Bode-Diagramm von 4 eingestellt ist. Mit anderen Worten, die Grenzwinkelfrequenz ωc der in 4 gezeigten Frequenzkennkurve ist bei verschiedenen Reifendrehfrequenzen veränderlich angepasst. Hierbei stellt in 7 die Ordinate des Verstärkungsdiagramms keine logarithmische Anzeige dar (die Frequenzkennkurven von 7 sind dieselben wie diejenigen von 4), was von 4 verschieden ist.
Während die Grenzwinkelfrequenz ωc in dem Bode-Diagramm von 4 bei etwa 10 Hz eingestellt ist, ist es diejenige in dem Bode-Diagramm von 7 bei etwa 7, etwa 8, etwa 9, etwa 10, etwa 11, etwa 12, etwa 13 und etwa 14. Der Reifendrehfrequenzwandler 37 wandelt eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit V (km/h) in die Reifendrehfrequenz f (Hz) entsprechend der vorbeschriebenen Umwandlungsformel um und gibt diese an das Flatterextraktionsfilter 35 aus. Der Verstärkungsanpasser 35a gemäß Darstellung in 2 weist die ermittelte Größe (aktuelle Reifendrehfrequenz) als Grenzwinkelfrequenz ωc der vorbeschriebenen Umwandlungsformel zu. Hierdurch wird das Flattern, das bei der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit auftritt, durch das Schwingungsunterdrückungsdrehmoment auf Grundlage der Schwingungsunterdrückungsverstärkung (siehe das Verstärkungsdiagramm von 7) unterdrückt. in diesem Fall kommt es nicht darauf an, ob das Flattern bei der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit tatsächlich auftritt. Dies bedeutet, dass es durch Einstellen der Reifendrehfrequenz f (Hz) entsprechend der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit V (km/h) als Grenzwinkelfrequenz ωc unnötig wird, dass die Flatterauftrittsfrequenz vorab untersucht wird, wobei dann, wenn das Flattern auftritt, das auftretende Flattern stets unterdrückt werden kann. Entsprechend kann sogar dann, wenn die Fahrzeuge beispielsweise verschiedene Flatterauftrittsfrequenzen in Abhängigkeit von ihren Besonderheiten, Reparaturhistorien und dergleichen aufweisen oder ein Fahrzeug selbst eine alterungsbedingte Verschlechterung der Aufhängungsvorrichtung 9 erfährt, das Flattern geeignet unterdrückt werden. Dies bedeutet, dass es unnötig ist, die unvorhersagbare Flatterauftrittsfrequenz zu kennen oder vorab eine Untersuchung, um diese in Erfahrung zu bringen, durchzuführen, und dennoch die Unterdrückung des Flatterns in derartigen Situationen stets möglich ist.
Wie in 2 gezeigt ist, wird das Produkt (siehe Bezugszeichen GC in der Figur) eines Extraktionsergebnisses des Schwingungsextraktionsfilters 35 und der Verstärkung in den vorbeschriebenen Verstärkungsaddierer 40 mittels des Verstärkungsanpassers 35a und eines zweiten Gewichtungsanpassers 38b als Schwingungsunterdrückungsverstärkung eingegeben. Der Betrieb des zweiten Gewichtungsanpassers 38b wird nachstehend beschrieben.
Bevor der Betrieb des ersten Gewichtungsanpassers 38a, der auf einem Signalweg von dem Teilrahmenresonanzextraktionsfilter 39 zu dem Verstärkungsaddierer 40 positioniert ist, und der Betrieb des zweiten Gewichtungsanpassers 38b, der auf einem Signalweg von dem Flatterextraktionsfilter 35 zu dem Verstärkungsaddierer 40 positioniert ist, beschrieben werden, wird zunächst der Betrieb des Verstärkungsanpassers 35a, der vor dem zweiten Gewichtungsanpasser 38b positioniert ist, beschrieben. Dies bedeutet, dass 8 ein Graph zur Darstellung des Betriebes des Verstärkungsanpassers 35a ist. Der Verstärkungsanpasser 35a liest einen Endverstärkungsanpassungskoeffizienten aus dem Graph von 8 entsprechend der Reifendrehfrequenz f ab und multipliziert diesen abgelesenen Koeffizienten mit dem Produkt des Extraktionsergebnisses des Schwingungsextraktionsfilters 35 und der angepassten Verstärkung zusätzlich zur Zuweisung der aktuellen Reifendrehfrequenz f als Grenzwinkelfrequenz ωc der vorstehend beschriebenen Umwandlungsformel.
Da bei dem in 8 dargestellten Beispiel der Endverstärkungsanpassungskoeffizient in gleich etwa 0 in einem Bereich der Reifendrehfrequenz von etwa 0 Hz oder größer und kleiner als etwa 6, 7 Hz ist, wird die Schwingungsunterdrückungsverstärkung mit einer Größe von etwa 0 (siehe Bezugszeichen GD von 2) in den zweiten Gewichtungsanpasser 38b von dem Verstärkungsanpasser 35a unabhängig von der Größe des Produktes (siehe Bezugszeichen GC in der Figur) des Extraktionsergebnisses des Schwingungsextraktionsfilters 35 und der Verstärkung eingegeben. Da zudem der Endverstärkungsanpassungskoeffizient in gleich etwa 2 in einem Bereich der Reifendrehfrequenz von etwa 10 Hz oder größer ist, wird die Schwingungsunterdrückungsverstärkung mit der Größe, die das Doppelte des Produktes des Extraktionsergebnisses des Schwingungsextraktionsfilters 35 und der Verstärkung ist, in den zweiten Gewichtungsanpasser 38b von dem Verstärkungsanpasser 35a eingegeben. Da darüber hinaus der Endverstärkungsanpassungskoeffizient größer wird, wenn die Reifendrehfrequenz in einem Bereich der Reifendrehfrequenz von etwa 6, 7 Hz oder mehr und niedriger als etwa 10 Hz höher ist, wird die Schwingungsunterdrückungsverstärkung mit einer Größe, die größer wird, wenn die Reifendrehfrequenz höher ist, in den zweiten Gewichtungsanpasser 38b von dem Verstärkungsanpasser 35a eingegeben.
Entsprechend wird in einem Fall, in dem die Grenzwinkelfrequenz gemäß 7 beispielsweise bei etwa 10, etwa 11, etwa 12, etwa 13 und etwa 14 Hz eingestellt ist, das Extremum der Verstärkung etwa 20. In einem Fall, in dem die Grenzwinkelfrequenz bei etwa 7, etwa 8 und etwa 9 Hz eingestellt ist, wird das Extremum der Verstärkung kleiner als etwa 20, wenn die Grenzwinkelfrequenz kleiner wird.
Als Nächstes werden der Betrieb des ersten Gewichtungsanpassers 38a und der Betrieb des zweiten Gewichtungsanpassers 38b beschrieben. Dies bedeutet, dass 9 ein Graph eines ersten Gewichtungskoeffizienten α ist, den der erste Gewichtungsanpasser 38a verwendet, während 10 ein Graph eines zweiten Gewichtungskoeffizienten β ist, den der zweite Gewichtungsanpasser 38b verwendet. Der erste Gewichtungsanpasser 38a liest den ersten Gewichtungskoeffizienten α aus dem Graph von 9 entsprechend der Frequenz aus und multipliziert des Weiteren den ausgelesenen Koeffizient α mit dem Produkt des Extraktionsergebnisses des Teilrahmenresonanzextraktionsfilters 39 und der Verstärkung. Der zweite Gewichtungsanpasser 38b liest den zweiten Gewichtungskoeffizienten β aus dem Graph von 10 entsprechend der Frequenz ab und multipliziert des Weiteren den abgelesenen Koeffizienten β mit der von dem Verstärkungsanpasser 35a eingegebenen Schwingungsunterdrückungsverstärkung.
Bei dem in 9 dargestellten Beispiel wird, da der erste Gewichtungskoeffizient α gleich 1 in einem Frequenzbereich ist, der niedriger als etwa 5 Hz oder höher als etwa 12 Hz ist, die Schwingungsunterdrückungsverstärkung, die dieselbe Größe wie das Produkt des Extraktionsergebnisses des Teilrahmenresonanzextraktionsfilters 39 und der Verstärkung (siehe Bezugszeichen GA von 2) mit Eingabe von dem Teilrahmenresonanzextraktionsfilter 39 in den ersten Gewichtungsanpasser 38a aufweist, das heißt – die Teilrahmenresonanzunterdrückungsverstärkung (siehe Bezugszeichen GB in 2), in den Verstärkungsaddierer 40 von dem ersten Gewichtungsanpasser 38a eingegeben. Des Weiteren wird in einem Frequenzbereich, der gleich etwa 5 Hz oder höher und gleich etwa 10 Hz oder niedriger ist, da der erste Gewichtungskoeffizient α kleiner als etwa 1 wird, wenn die Frequenz höher wird, die Teilrahmenresonanzunterdrückungsverstärkung, die eine Größe aufweist, die kleiner als das Produkt des Extraktionsergebnisses des Teilrahmenresonanzextraktionsfilters 39 und der Verstärkung wird, wenn die Frequenz höher wird, in den Verstärkungsaddierer 40 von dem ersten Gewichtungsanpasser 38a eingegeben. Darüber hinaus wird in einem Frequenzbereich, der höher als etwa 10 Hz und etwa 12 Hz oder niedriger ist, da der erste Gewichtungskoeffizient α größer als eine maximale Größe von etwa 0,35 wird, wenn die Frequenz höher wird, die Teilrahmenresonanzunterdrückungsverstärkung, die eine Größe aufweist, die größer wird, wenn die Frequenz höher wird, in den Verstärkungsaddierer 40 von dem ersten Gewichtungsanpasser 38a eingegeben.
Damit wird, siehe beispielsweise 5, das Extremum der Verstärkung, wenn die Frequenz gleich etwa 10 Hz ist, kleiner als etwa 10 (insbesondere da die minimale Größe des ersten Gewichtungskoeffizienten α gleich etwa 0,35 ist, wird das Extremum der Verstärkung gleich etwa 3,5).
Da entsprechend dem in 10 dargestellten Beispiel der zweite Gewichtungskoeffizient β gleich etwa 1 in einem Frequenzbereich ist, der niedriger als etwa 5 Hz oder höher als etwa 13 Hz ist, wird die Schwingungsunterdrückungsverstärkung, die dieselbe Größe wie die Schwingungsunterdrückungsverstärkung aufweist, die in den zweiten Gewichtungsanpasser 38b von dem Verstärkungsanpasser 35a (siehe Bezugszeichen GD von 2) eingegeben wird, das heißt – die Flatterunterdrückungsverstärkung (siehe Bezugszeichen GE in 2), in den Verstärkungsaddierer 40 von dem ersten Gewichtungsanpasser 38a eingegeben. Des Weiteren wird in einem Frequenzbereich, der gleich etwa 5 Hz oder mehr und gleich etwa 10 Hz oder weniger ist, da der zweite Gewichtungskoeffizient β kleiner als etwa 1 wird, wenn die Frequenz höher wird, die Flatterunterdrückungsverstärkung, die eine Größe aufweist, die kleiner als die Schwingungsunterdrückungsverstärkung wird, die in den zweiten Gewichtungsanpasser 38b von dem Verstärkungsanpasser 35a eingegeben wird, wenn die Frequenz zunimmt bzw. höher wird, in den Verstärkungsaddierer 40 von dem zweiten Gewichtungsanpasser 38b eingegeben. Darüber hinaus wird in einem Frequenzbereich, der höher als etwa 10 Hz und etwa 13 Hz oder niedriger ist, da der zweite Gewichtungskoeffizient β größer als eine Minimalgröße von etwa 0,7 wird, wenn die Frequenz höher wird, die Flatterunterdrückungsverstärkung, die eine Größe aufweist, die größer wird, wenn die Frequenz höher wird, in den Verstärkungsaddierer 40 von dem zweiten Gewichtungsanpasser 38b eingegeben.
Damit wird, siehe beispielsweise 7, das Extremum der Verstärkung, wenn die Grenzwinkelfrequenz bei etwa 10 Hz eingestellt wird, kleiner als etwa 20 (20 ist etwa die Größe nach erfolgtem Betrieb des Verstärkungsanpassers 35a, siehe 8) (insbesondere da die minimale Größe des zweiten Gewichtungskoeffizienten β gleich etwa 0,7 ist, wird das Extremum der Verstärkung gleich etwa 14).
Wie wiederum in 2 gezeigt ist, addiert der Verstärkungsaddierer 40 die Schwingungsunterdrückungsverstärkung aus der Eingabe von dem ersten Gewichtungsanpasser 38a durch das Teilrahmenresonanzextraktionsfilter 39, das heißt die Teilrahmenresonanzunterdrückungsverstärkung, und die Schwingungsunterdrückungsverstärkung aus der Eingabe von dem zweiten Gewichtungsanpasser 38b durch das Flatterextraktionsfilter 35, das heißt die Flatterunterdrückungsverstärkung. Der Verstärkungsaddierer 40 gibt die addierte Größe an den Schwingungsunterdrückungsdrehmomenterzeuger 36 als Schwingungsunterdrückungsverstärkung aus.
Hierbei entsprechen das Flatterextraktionsfilter 35, der Verstärkungsanpasser 35a, der erste Gewichtungsanpasser 38a, der zweite Gewichtungsanpasser 38b, das Teilrahmenresonanzextraktionsfilter 39 und der Verstärkungsaddierer 40 einem „Filterprozessor” der vorliegenden Erfindung oder stellen Elemente zur Bildung des „Filterprozessors” der vorliegenden Erfindung dar.
11 ist ein Bode-Diagramm, das man in einem Fall erhält, in dem der Verstärkungsaddierer 40 die Teilrahmenresonanzunterdrückungsverstärkung aus der Eingabe von dem ersten Gewichtungsaddierer 38a und die Flatterunterdrückungsverstärkung aus der Eingabe von dem zweiten Gewichtungsanpasser 38b gewichtet addiert, das heißt, es handelt sich um einen Fall, in dem die vorbeschriebenen Gewichtungskoeffizienten α, β entsprechend der Frequenz, wie in 9 und 10 gezeigt ist, geändert werden.
In 11 ist eine Wellenform A beispielsweise eine Wellenform, die man durch Folgendes erhält: Addieren (gewichtetes Addieren) der Teilrahmenresonanzunterdrückungsverstärkung (siehe Bezugszeichen GB von 2), die man durch Multiplizieren der Frequenzkennkurve (siehe Bezugszeichen GA von 2) des Teilrahmenresonanzextraktionsfilters 39 von 5, in dem die Grenzwinkelfrequenz ωc fest bei der Teilrahmenresonanzfrequenz von etwa 10 Hz eingestellt ist, mit dem ersten Gewichtungskoeffizient α von 9 erhält, und der Flatterunterdrückungsverstärkung (siehe Bezugszeichen GE von 2), die man durch Multiplizieren der Frequenzkennkurve (siehe Bezugszeichen GC von 2) des Flatterextraktionsfilters 35 von 7, in dem die Grenzwinkelfrequenz ωc entsprechend der Reifendrehfrequenz von etwa 7 Hz veränderlich eingestellt ist, die entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit veränderlich ist, mit dem Endverstärkungsanpassungskoeffizienten von 8 und sodann weiter mit dem zweiten Gewichtungskoeffizient β von 10 erhält. Weitere Wellenformen B bis H sind dieselben wie Wellenform A, jedoch mit Ausnahme des Umstandes, dass die Reifendrehfrequenz bei etwa 8, etwa 9, etwa 10, etwa 11, etwa 12, etwa 13 und etwa 14 Hz veränderlich eingestellt ist.
In den Verstärkungsdiagrammen weist jede Wellenform zwei Extrema auf, nämlich ein Extremum mit Herleitung aus der Resonanzfrequenz des Teilrahmens 8 und ein weiteres Extremum mit Herleitung aus der Reifendrehfrequenz; jedoch mit Ausnahme der Wellenform D, bei der die Grenzwinkelfrequenz ωc des Teilrahmenresonanzextraktionsfilters 39 und die Grenzwinkelfrequenz ωc des Flatterextraktionsfilters 35 beide gleich etwa 10 Hz sind.
Indes weist in den Phasendiagrammen jede Wellenform eine Kennkurve auf, bei der eine Phase des Extremums mit Herleitung aus der Resonanzfrequenz des Teilrahmens 8 und eine weitere Phase des Extremums mit Herleitung aus der Reifendrehfrequenz beide von etwa 90° verschoben sind; jedoch mit Ausnahme der vorbeschriebenen Wellenform D.
13 ist ein Diagramm zur vergrößerten Darstellung eines Verschiebebetrages der vorbeschriebenen Wellenformen A bis H von der Phase von etwa 90° bei der Teilrahmenresonanzfrequenz (etwa 10 Hz) für den Fall des gewichteten Addierens gemäß 11. Wie gezeigt ist, ist bei der Wellenform D des Falles, in dem die Grenzwinkelfrequenz ωc des Teilrahmenresonanzextraktionsfilters 39 und die Grenzwinkelfrequenz ωc des Flatterextraktionsfilters 35 bei etwa 10 Hz abgeglichen sind, die Phase nicht von 90° verschoben. In einem Fall indes, in dem die Grenzwinkelfrequenz ωc des Teilrahmenresonanzextraktionsfilters 39 und die Grenzwinkelfrequenz ωc des Flatterextraktionsfilters 35 verschieden voneinander sind, gilt: Je kleiner die Differenz zwischen beiden ist, desto größer ist der Verschiebebetrag der Phase von etwa 90° (Wellenformen A < B < C, Wellenformen E > F > G > H). Hierbei weisen die Verschiebebeträge der Phasen der Wellenformen A bis H bei der Reifendrehfrequenz einen ähnlichen Trend auf, der nicht vergrößert dargestellt ist.
Indes zeigt 12 ein Vergleichsbeispiel, das ein Bode-Diagramm eines Falles ist, in dem der Verstärkungsaddierer 40 einfach die Teilrahmenresonanzunterdrückungsverstärkung mit Eingabe von dem ersten Gewichtungsanpasser 38a und die Flatterunterdrückungsverstärkung mit Eingabe von dem zweiten Gewichtungsanpasser 38b addiert; das heißt, es wird ein Fall beschrieben, in dem die vorbeschriebenen Gewichtungskoeffizienten α, β unabhängig von der Frequenz stets gleich etwa 1 sind.
In 12 ist eine Wellenform I beispielsweise eine Wellenform, die man durch Folgendes erhält: Addieren (gewichtetes Addieren) der Teilrahmenresonanzunterdrückungsverstärkung (siehe Bezugszeichen GB von 2), die man durch Multiplizieren der Frequenzkennkurve (siehe Bezugszeichen GA von 2) des Teilrahmenresonanzextraktionsfilters 39 von 5, bei dem die Grenzwinkelfrequenz ωc fest bei der Teilrahmenresonanzfrequenz von etwa 10 Hz eingestellt ist, mit dem Koeffizienten von gleich etwa 1 erhält, und der Flatterunterdrückungsverstärkung (siehe Bezugszeichen GE von 2), die man durch Multiplizieren der Frequenzkennkurve (siehe Bezugszeichen GC von 2) des Flatterextraktionsfilters 35 von 7, bei dem die Grenzwinkelfrequenz ωc entsprechend der Reifendrehfrequenz von etwa 7 Hz veränderlich eingestellt ist, die entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit veränderlich ist, mit dem Endverstärkungsanpassungskoeffizient von 8 und sodann mit dem Koeffizient von etwa 1 erhält. Weitere Wellenformen J bis P sind dieselben wie die Wellenform I, jedoch mit Ausnahme des Umstandes, dass die Reifendrehfrequenz bei etwa 8, etwa 9, etwa 10, etwa 11, etwa 12, etwa 13 und etwa 14 Hz veränderlich eingestellt ist.
In den Verstärkungsdiagrammen weist jede Wellenform zwei Extrema auf, nämlich ein Extremum mit Herleitung aus der Resonanzfrequenz des Teilrahmens 8 und ein weiteres Extremum mit Herleitung aus der Reifendrehfrequenz; jedoch mit Ausnahme der Wellenform L, bei der die Grenzwinkelfrequenz ωc des Teilrahmenresonanzextraktionsfilters 39 und die Grenzwinkelfrequenz ωc des Flatterextraktionsfilters 35 beide gleich etwa 10 Hz sind.
Bei einem Vergleich von 11 und 12 ist das Extremum der Wellenform D von 11 bei etwa 10 Hz gleich etwa 10, wohingegen das Extremum der Wellenform L von 12 bei etwa 10 Hz gleich etwa 20 ist. Dies rührt daher, dass der erste Gewichtungskoeffizient α gleich etwa 0,35 ist und der zweite Gewichtungskoeffizient β gleich etwa 0,7 in 11 ist, wohingegen die Gewichtungskoeffizienten α, β unabhängig von der Frequenz gemäß 12 gleich etwa 1 sind.
Indes weist in den Phasendiagrammen jede Wellenform eine Kennkurve auf, bei der eine Phase des Maximums mit Herleitung aus der Resonanzfrequenz des Teilrahmens 8 und eine weitere Phase des Extremums mit Herleitung aus der Reifendrehfrequenz beide von etwa 90° verschoben sind; dies jedoch mit Ausnahme der vorbeschriebenen Wellenform L.
14 ist ein Diagramm zur vergrößerten Darstellung des Verschiebebetrages der vorbeschriebenen Wellenformen I bis P von der Phase von etwa 90° bei der Teilrahmenresonanzfrequenz (etwa 10 Hz) für den Fall der einfachen Addition von 12. Wie gezeigt ist, ist bei der Wellenform L des Falles, in dem die Grenzwinkelfrequenz ωc des Teilrahmenresonanzextraktionsfilters 39 und die Grenzwinkelfrequenz ωc des Flatterextraktionsfilters 35 bei etwa 10 Hz abgeglichen sind, die Phase nicht von etwa 90° verschoben. In einem Fall indes, in dem die Grenzwinkelfrequenz ωc des Teilrahmenresonanzextraktionsfilters 39 und die Grenzwinkelfrequenz ωc des Flatterextraktionsfilters 35 voneinander verschieden sind, gilt: Je kleiner die Differenz zwischen beiden ist, desto größer ist der Verschiebevertrag der Phase von etwa 90° (Wellenformenen I < J < K, Wellenformen M > N > O > P). Hierbei weisen die Verschiebebeträge der Phasen der Wellenformen I bis P bei der Reifendrehfrequenz einen ähnlichen Trend auf, der nicht vergrößert dargestellt ist.
Hierbei ist bei einem Vergleich von 13 und 14 der Verschiebebetrag von der Phase von etwa 90° bei der Teilrahmenresonanzfrequenz (etwa 10 Hz) im Falle einer einfachen Addition gemäß 14 im Vergleich zum Fall der gewichteten Addition von 13 vergrößert. Dies ist mit Blick auf die Viskositätsausübungssteuerung bzw. Regelung, die nunmehr beschrieben wird, nicht von Vorteil. Mit anderen Worten, die Viskositätsausübungssteuerung bzw. Regelung wird durch die gewichtete Addition verbessert.
Wie in 2 gezeigt ist, erzeugt der Schwingungsunterdrückungsdrehmomenterzeuger 36 das Schwingungsunterdrückungsdrehmoment auf Grundlage der eingegebenen Schwingungsunterdrückungsverstärkung. Insbesondere wird das Schwingungsunterdrückungsdrehmoment derart erzeugt, das gilt: Je größer die Schwingungsunterdrückungsverstärkung ist, desto größer ist das Schwingungsunterdrückungsdrehmoment. Insbesondere wenn die Schwingungsunterdrückungsverstärkung gleich etwa 0 ist, wird das Schwingungsunterdrückungsdrehmoment zu etwa 0. Des Weiteren wird die Schwingungsunterdrückung zum Extremum bei der Grenzwinkelfrequenz ωc, wo die Schwingungsunterdrückungsverstärkung das Extrem um ist (maximale Größe).
Das Schwingungsunterdrückungsdrehmoment, das von dem Schwingungsunterdrückungsdrehmomenterzeuger 36 erzeugt wird, wird in den vorbeschriebenen Addierer 33 eingegeben, wo das Schwingungsunterdrückungsdrehmoment von dem Schwingungsunterdrückungsdrehmomenterzeuger 36 zu dem von dem Unterstützungsabbilder 32 (das heißt derjenige, der zum Korrigieren des Motordrehmomentes verwendet wird) eingestellten Motordrehmoment addiert wird. Mit anderen Worten, der Schwingungsunterdrückungsdrehmomenterzeuger 36 und der Addierer 33 korrigieren gemeinsam das von dem Unterstützungsabbilder 32 eingestellte Motordrehmoment unter Verwendung der Flatterunterdrückungsverstärkung mit Ausgabe von dem Flatterextraktionsfilter 35 und dem Verstärkungsanpasser 35a und der Teilrahmenresonanzunterdrückungsverstärkung mit Ausgabe von dem Teilrahmenresonanzextraktionsfilter 39, um so die Resonanz des Fahrzeugkörperelementes, das heißt des Teilrahmens 8, und die Schwingung infolge der Reifendrehung, das heißt das Flattern, zu unterdrücken.
Insbesondere gilt: Je kleiner die Schwingungsunterdrückungsverstärkung ist, desto kleiner ist das Schwingungsunterdrückungsdrehmoment, das von dem Schwingungsunterdrückungsdrehmomenterzeuger 36 erzeugt wird, weshalb die Korrektur des Motordrehmomentes klein ist. Insbesondere wenn die Schwingungsunterdrückungsverstärkung gleich etwa 0 ist, wird das Schwingungsunterdrückungsdrehmoment zu etwa 0, weshalb das Motordrehmoment überhaupt nicht korrigiert wird. Infolgedessen wird die Unterstützungssteuerung bzw. Regelung zur Unterstützung des Lenkens durch den Fahrer geeignet durchgeführt, ohne dass sie von der Schwingungsunterdrückungssteuerung bzw. Regelung beeinflusst würde. Entsprechend folgt die Unterstützungssteuerung bzw. Regelung dem von dem Fahrer ausgeübten Lenkdrehmoment mit hervorragendem Reaktionsverhalten, wodurch ein angenehmes Lenkgefühl entsteht.
Demgegenüber gilt: Je größer die Schwingungsunterdrückungsverstärkung ist, desto größer ist das Schwingungsunterdrückungsdrehmoment, das von dem Schwingungsunterdrückungsdrehmomenterzeuger 36 erzeugt wird, weshalb das Motordrehmoment stark korrigiert wird, um die Teilrahmenresonanz und/oder das Flattern zu unterdrücken. Insbesondere da das Schwingungsunterdrückungsdrehmoment zum Extremum (maximale Größe) bei der Grenzwinkelfrequenz (= Flatterauftrittsfrequenz) wird, wird das Motordrehmoment weiter stark korrigiert.
In einem Fall, in dem die Schwingungsunterdrückungsverstärkung ausgegeben wird und dabei die Verstärkung nicht vorgerückt ist, wird die Korrektur des Motordrehmomentes indes durch den Schwingungsunterdrückungsdrehmomenterzeuger 36 und den Addierer 33 ausgeführt, wobei die Phase nicht verschoben wird. Infolgedessen wird eine sogenannte Festigkeit oder Steifigkeit (rigidity) in dem Steuer- bzw. Regelsystem ausgeübt, sodass eine Schwingung mit einem vergleichsweise kurzen Zyklus sicher und wirkungsvoll durch diese Festigkeit bzw. Steifigkeit unterdrückt wird.
In einem Fall indes, in dem die Schwingungsunterdrückungsverstärkung ausgegeben wird und dabei die Verstärkung (insbesondere um etwa 90°) vorgerückt ist, wird die Korrektur des Motordrehmomentes durch den Schwingungsunterdrückungsdrehmomenterzeuger 36 und den Addierer 33 ausgeführt und dabei die Phase (insbesondere um etwa 90°) verschoben. Infolgedessen wird eine sogenannte Viskosität in dem Steuer- bzw. Regelsystem ausgeübt, sodass eine Schwingung mit einem vergleichsweise langen Zyklus sicher und wirkungsvoll durch diese Viskosität unterdrückt wird (Viskositätsausübungssteuerung bzw. Regelung).
Dies bedeutet, dass durch veränderliches Abgleichen der Grenzwinkelfrequenz des Schwingungsextraktionsfilters 35 bei verschiedenen Flatterauftrittsfrequenzen eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung der elektrisch betriebenen Lenkung bereitgestellt wird, die das Reifenflattern unterdrücken kann. Alles in allem bedeutet dies, dass bei der Flatterauftrittsfrequenz die Viskositätsausübungssteuerung bzw. Regelung zum Ausüben der Viskosität mittels Ausgeben der von dem Verstärkungsanpasser 35a ausgegebenen Schwingungsunterdrückungsverstärkung mit einer um etwa 90° vorgerückten Phase durchgeführt wird.
Durch festes Abgleichen der Grenzwinkelfrequenz ωc des Teilrahmenresonanzextraktionsfilters 39 mit der Teilrahmenresonanzfrequenz wird indes eine elektrisch betriebene Lenksteuer- bzw. Regelvorrichtung bereitgestellt, die die Teilrahmenresonanz unterdrücken kann. Alles in allem bedeutet dies, dass bei der Teilrahmenresonanzfrequenz die Viskositätsausübungssteuerung bzw. Regelung zum Ausüben der Viskosität durch Ausgeben der von dem Teilrahmenresonanzextraktionsfilter 39 ausgegebenen Schwingungsunterdrückungsverstärkung durchgeführt wird, wobei die Phase um etwa 90° vorgerückt ist.
Nachstehend wird der Betrieb der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Die vorliegende Ausführungsform stellt die elektrisch betriebene Lenksteuer- bzw. Regelvorrichtung bereit, die umfasst: den Motor 20 zum Ausüben des Unterstützungsdrehmomentes an der Lenkvorrichtung, den Drehmomentsensor 10 zum Detektieren des von dem Fahrer ausgeübten Lenkdrehmomentes, den Unterstützungsabbilder 32 zum Einstellen des Motordrehmomentes zur Ausgabe an den Motor 20 auf Grundlage des von dem Drehmomentsensor 10 detektierten Lenkdrehmomentes, den Motorwinkelsensor 12 zum Detektieren des Drehwinkels des Motors 20, den Filterprozessor zum Ausgeben der Schwingungsunterdrückungsverstärkung zum Unterdrücken der Resonanz des Teilrahmens 8, das heißt der Teilrahmenresonanzunterdrückungsverstärkung, und der Schwingungsunterdrückungsverstärkung zum Unterdrücken des Flatterns der Schwingung infolge der Reifendrehung, das heißt der Flatterunterdrückungsverstärkung, mittels Durchführen der Filterverarbeitung an dem Drehwinkel des von dem Motorwinkelsensor 12 detektierten Drehwinkels des Motors 20, und den Korrekturmechanismus (Schwingungsunterdrückungsdrehmomenterzeuger 36, Addierer 33) zum Korrigieren des von dem Unterstützungsabbilder 32 eingestellten Motordrehmomentes unter Verwendung der Schwingungsunterdrückungsverstärkungen, die von dem Filterprozessor ausgegeben werden, um die Resonanz des Teilrahmens 8 und das Flattern zu unterdrücken.
Hierbei umfasst der vorbeschriebene Filterprozessor das Teilrahmenresonanzextraktionsfilter 39, das eine Frequenzkennkurve aufweist, bei der die Verstärkung zum Extremum (maximale Größe) wird und die Phase um etwa 90° bei der Grenzwinkelfrequenz ωc vorrückt, die fest bei der Resonanzfrequenz des Teilrahmens 8 eingestellt ist, und das Flatterextraktionsfilter 35, das eine Frequenzkennkurve aufweist, bei der die Verstärkung zum Extremum (maximale Größe) wird und die Phase um etwa 90° bei der Grenzwinkelfrequenz ωc vorrückt, die entsprechend der Reifendrehfrequenz veränderlich eingestellt ist, die entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit veränderlich ist.
Des Weiteren umfasst der vorbeschriebene Filterprozessor zudem den Verstärkungsaddierer 40, der die Verstärkung des Teilrahmenresonanzextraktionsfilters 39 und die Verstärkung des Flatterextraktionsfilters 35 addiert und die addierte Größe an den Korrekturmechanismus (das heißt den Schwingungsunterdrückungsdrehmomenterzeuger 36, den Addierer 33) als Schwingungsunterdrückungsverstärkung ausgibt.
Entsprechend der vorliegenden Steuer- bzw. Regelvorrichtung werden die Verstärkung des Teilrahmenresonanzextraktionsfilters 39 und die Verstärkung des Flatterextraktionsfilters 35 addiert und an den Korrekturmechanismus (Schwingungsunterdrückungsdrehmomenterzeuger 36, Addierer 33) ausgegeben.
Da in diesem Fall die Grenzwinkelfrequenz ωc bei der Resonanzfrequenz des Teilrahmens 8 in dem Teilrahmenresonanzextraktionsfilter 39 fixiert ist, wird die Resonanz des Teilrahmens 8 stets stabil durch die Drehmomentkorrektur auf Grundlage der Schwingungsunterdrückungsverstärkung unterdrückt.
Da indes die Grenzwinkelfrequenz ωc entsprechend der Reifendrehfrequenz in dem Flatterextraktionsfilter 35 veränderlich ist, wird sogar dann, wenn das Flattern bei einer beliebigen Frequenz aufgetreten ist, das Flattern stets durch die Korrektur auf Grundlage der Schwingungsunterdrückungsverstärkung unterdrückt. Entsprechend kann sogar dann, wenn die Fahrzeuge verschiedene Flatterfrequenzen in Abhängigkeit von ihren Besonderheiten aufweisen oder ein Fahrzeug eine alterungsbedingte Verschlechterung infolge der alterungsbedingten Verschlechterung seiner Aufhängungsvorrichtung 9 oder dergleichen erfährt, das Flattern geeignet unterdrückt werden. Da es zudem unnötig ist, die Flatterauftrittsfrequenz vorab zu kennen, kann eine Unterdrückung des Flatterns einfach erreicht werden.
Da darüber hinaus die Phase der Schwingungsunterdrückungsverstärkung (Teilrahmenresonanzunterdrückungsverstärkung, Flatterunterdrückungsverstärkung) in jedem Fall um etwa 90° vorrückt, wird die Korrektur des Motordrehmomentes durch den Korrekturmechanismus (Schwingungsunterdrückungsdrehmomenterzeuger 36, Addierer 33) ausgeführt und dabei die Phase um etwa 90° verschoben. Infolgedessen wird eine Viskosität ausgeübt (Viskositätsausübungssteuerung bzw. Regelung), sodass die Resonanz des Teilrahmens 8 und das Flattern sicher und wirkungsvoll durch diese Viskosität unterdrückt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst der vorbeschriebene Filterprozessor des Weiteren die ersten und zweiten Gewichtungsanpasser 38a, 38b, die die Verstärkung des Teilrahmenresonanzextraktionsfilters 39 und die Verstärkung des Flatterextraktionsfilters 35 bezugsrichtig vor dem Addieren der Verstärkung des Teilrahmenresonanzextraktionsfilters 39 und der Verstärkung des Flatterextraktionsfilters 35 durch den Verstärkungsaddierer 40 gewichten.
Entsprechend dieser Struktur ist durch Gewichten der Verstärkungen des Teilrahmenresonanzextraktionsfilters 39 und der Verstärkung des Flatterextraktionsfilters 35 der Verschiebebetrag von der Phase von etwa 90° bei der Grenzwinkelfrequenz ωc im Vergleich zu einem Fall ohne Gewichtung vergleichsweise klein. Entsprechend wird eine Viskositätsausübungssteuerung bzw. Regelung derart durchgeführt, dass die Resonanz des Teilrahmens 8 und das Flattern stets sicher und wirkungsvoll durch die Viskosität unterdrückt werden.
15 zeigt experimentelle Daten zur Darstellung des Umstandes, dass es schwierig wird, wenn die Teilrahmenresonanz und das Flattern auf das Lenkrad 1 übertragen werden, bevor oder nachdem die vorbeschriebene Viskositätsausübungssteuerung bzw. Regelung entsprechend der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt ist (vor oder nach der Verbesserung). Das Reifengewicht ist zwischen den ersten und zweiten experimentellen Beispielen verschieden, wobei das Reifengewicht des ersten experimentellen Beispiels geringer als dasjenige des zweiten experimentellen Beispiels ist. In jedem Fall wird der Schwingungspegel im Wesentlichen über den gesamten Bereich der Reifendrehfrequenz mittels Durchführen der Viskositätsausübungssteuerung bzw. Regelung der Ausgabe der Schwingungsunterdrückungsverstärkung mit einer vorgerückten Phase von etwa 90° bei der Teilrahmenresonanzfrequenz und der Flatterauftrittsfrequenz verringert.
Hierbei zeigt die vorbeschriebene Ausführungsform ein Beispiel, bei dem die elektrisch betriebene Lenkung vom Säulenunterstützungstyp ist, obwohl die vorliegende Ausführung bei einem beliebigen Typ von elektrisch betriebener Lenkung anwendbar ist.
Während die Ausgabe des Unterstützungsabbilders bei der beschriebenen Ausführungsform das Motordrehmoment ist, kann anstatt dessen auch Strom zur Ausgabe an den Motor eingesetzt werden.
Zudem sind das Tiefpassfilter 31, der Unterstützungsabbilder 32, der Addierer 33, die Stromsteuerung bzw. Regelung 34, das Flatterextraktionsfilter 35, der Verstärkungsanpasser 35a, der Schwingungsunterdrückungsdrehmomenterzeuger 36, der Reifendrehfrequenzwandler 37, der erste Gewichtungsanpasser 38a, der zweite Gewichtungsanpasser 38b, das Teilrahmenresonanzextraktionsfilter 39 und der Verstärkungsaddierer 40 bei der vorbeschriebenen Ausführungsform in der ECU 30 beinhaltet, obwohl die vorliegende Erfindung selbstredend nicht hierauf beschränkt ist.
Des Weiteren ist die vorbeschriebene Vorgehensweise bei der Korrektur des Motordrehmomentes durch den Addierer 33 und den Schwingungsunterdrückungsdrehmomenterzeuger 36 lediglich ein Beispiel, auf das die vorliegende Erfindung nicht beschränkt ist.
Darüber hinaus sind die vorbeschriebenen verschiedenen Größen der vorliegenden Ausführungsform ebenfalls bloße Beispiele, auf die die vorliegende Erfindung selbstredend nicht beschränkt ist.
Zudem ist die vorbeschriebene Viskositätsausübungssteuerung bzw. Regelung nicht auf den Fall beschränkt, in dem die Schwingungsunterdrückungsverstärkung ausgegeben wird und dabei die Phase um etwa 90° bei der Teilrahmenresonanzfrequenz und der Flatterauftrittsfrequenz vorrückt. Dies gilt beispielsweise sogar in einem Fall, in dem die Schwingungsunterdrückungsverstärkung mit einer vorgerückten Phase von etwa 90° (beinhaltend einen beliebigen Winkel innerhalb eines spezifischen Bereiches nahe an 90°) bei einem spezifischen Frequenzband, das die Teilrahmenresonanzfrequenz und die Flatterauftrittsfrequenz beinhaltet (einschließlich einer beliebigen Frequenz innerhalb eines spezifischen Bereiches nahe an der Teilrahmenresonanzfrequenz und der Flatterauftrittsfrequenz) ausgegeben wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8626394 B2 [0004]

Claims

Elektrisch betriebene Lenkvorrichtung, umfassend: einen Motor (20) zum Ausüben eines Unterstützungsdrehmomentes an einer Lenkvorrichtung; einen Drehmomentdetektor (10) zum Detektieren eines von einem Fahrer ausgeübten Lenkdrehmomentes; einen Einstellmechanismus (32) zum Einstellen eines Motordrehmomentes zur Ausgabe an den Motor (20) auf Grundlage des von dem Drehmomentdetektor (10) detektierten Lenkdrehmomentes; einen Drehwinkeldetektor (12) zum Detektieren eines Drehwinkels des Motors (10); einen Filterprozessor zum Ausgeben einer Schwingungsunterdrückungsverstärkung zum Unterdrücken einer Resonanz eines Fahrzeugkörperelementes und einer Schwingung infolge einer Reifendrehung mittels Durchführen einer Filterverarbeitung an dem von dem Drehwinkeldetektor (12) detektierten Drehwinkel des Motors (20); und einen Korrekturmechanismus (36) zum Korrigieren des von dem Einstellmechanismus (32) eingestellten Motordrehmomentes unter Verwendung der von dem Filterprozessor ausgegebenen Schwingungsunterdrückungsverstärkung, um so eine Resonanz des Fahrzeugkörperelementes und die Schwingung infolge der Reifendrehung zu unterdrücken, wobei der Filterprozessor ein erstes Filter (39) umfasst, das eine Frequenzkennkurve aufweist, bei der eine Verstärkung zu einer spezifischen Größe wird und eine Phase um etwa 90° bei einer Grenzwinkelfrequenz vorrückt, die fest bei einer Resonanzfrequenz eines spezifischen Fahrzeugkörperelementes (8) eingestellt ist, ein zweites Filter (35), das eine andere Frequenzkennkurve aufweist, bei der eine Verstärkung zu einer spezifischen Größe wird und eine Phase um etwa 90° bei einer Grenzwinkelfrequenz vorrückt, die veränderlich entsprechend einer Reifendrehfrequenz eingestellt ist, die entsprechend einer Fahrzeuggeschwindigkeit veränderlich ist, und einen Verstärkungsaddierer (40), der die Verstärkung des ersten Filters (39) und die Verstärkung des zweiten Filters (35) addiert und eine addierte Größe an den Korrekturmechanismus (36) als von dem Filterprozessor ausgegebene Schwingungsunterdrückungsverstärkung ausgibt.
Elektrisch betriebene Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Filterprozessor des Weiteren Gewichtungsanpasser (38a, 38b) umfasst, die die Verstärkung des ersten Filters (39) und die Verstärkung des zweiten Filters (35) bezugsrichtig vor dem Addieren der Verstärkung des ersten Filters (39) und der Verstärkung des zweiten Filters (35) durch den Verstärkungsaddierer (40) gewichten.
Elektrisch betriebene Lenkvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Grenzwinkelfrequenz derart variiert wird, dass die Grenzwinkelfrequenz entsprechend einer Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit höher wird und die Grenzwinkelfrequenz entsprechend einer Abnahme der Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger wird.
Elektrisch betriebene Lenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Grenzwinkelfrequenz stufenweise in vorbestimmten Intervallen variiert wird.
Elektrisch betriebene Lenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Filterprozessor (35, 35a) einen Verstärkungsanpasser (35a) zum Anpassen der Schwingungsunterdrückungsverstärkung derart beinhaltet, dass die Schwingungsunterdrückungsverstärkung in einem Bereich gleich etwa 0 ist, der niedriger als eine spezifische untere Grenzfrequenz ist, die niedriger als die Grenzwinkelfrequenz ist, und höher als eine Frequenz der Lenkkomponente des Fahrers ist, wohingegen die Schwingungsunterdrückungsverstärkung größer wird, wenn die Frequenz in einem anderen Bereich höher ist, der höher als die spezifische untere Grenzfrequenz ist.
Elektrisch betriebene Lenksteuer- bzw. Regelvorrichtung für eine elektrisch betriebene Lenkvorrichtung, wobei die Lenkvorrichtung umfasst: einen Motor (20) zum Ausüben eines Unterstützungsdrehmomentes an einer Lenkvorrichtung, einen Drehmomentdetektor (10) zum Detektieren eines durch einen Fahrer ausgeübten Lenkdrehmomentes und einen Drehwinkeldetektor (12) zum Detektieren eines Drehwinkels des Motors (10); wobei die elektrisch betriebene Lenksteuer- bzw. Regelvorrichtung umfasst: einen Einstellmechanismus (32) zum Einstellen eines Motordrehmomentes zur Ausgabe an den Motor (20) auf Grundlage des von dem Drehmomentdetektor (10) detektierten Lenkdrehmomentes; einen Filterprozessor zum Ausgeben einer Schwingungsunterdrückungsverstärkung zum Unterdrücken einer Resonanz eines Fahrzeugkörperelementes und einer Schwingung infolge einer Reifendrehung mittels Durchführen einer Filterverarbeitung an dem von dem Drehwinkeldetektor (12) detektierten Drehwinkel des Motors (20); und einen Korrekturmechanismus (36) zum Korrigieren des von dem Einstellmechanismus (32) eingestellten Motordrehmomentes unter Verwendung der von dem Filterprozessor ausgegebenen Schwingungsunterdrückungsverstärkung, um so eine Resonanz des Fahrzeugkörperelementes und die Schwingung infolge der Reifendrehung zu unterdrücken; wobei der Filterprozessor ein erstes Filter (39) umfasst, das eine Frequenzkennkurve aufweist, bei der eine Verstärkung zu einer spezifischen Größe wird und eine Phase um etwa 90° bei einer Grenzwinkelfrequenz vorrückt, die fest bei einer Resonanzfrequenz eines spezifischen Fahrzeugkörperelementes (8) eingestellt ist, ein zweites Filter (35), das eine andere Frequenzkennkurve aufweist, bei der eine Verstärkung zu einer spezifischen Größe wird und eine Phase um etwa 90° bei einer Grenzwinkelfrequenz vorrückt, die veränderlich entsprechend einer Reifendrehfrequenz eingestellt ist, die entsprechend einer Fahrzeuggeschwindigkeit veränderlich ist, und einen Verstärkungsaddierer (40), der die Verstärkung des ersten Filters (39) und die Verstärkung des zweiten Filters (35) addiert und eine addierte Größe an den Korrekturmechanismus (39) als von dem Filterprozessor ausgegebene Schwingungsunterdrückungsverstärkung ausgibt.
Elektrisch betriebene Lenksteuer- bzw. Regelvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Filterprozessor des Weiteren Gewichtungsanpasser (38a, 38b) umfasst, die die Verstärkung des ersten Filters (39) und die Verstärkung des zweiten Filters (35) bezugsrichtig vor dem Addieren der Verstärkung des ersten Filters (39) und der Verstärkung des zweiten Filters (35) durch den Verstärkungsaddierer (40) gewichten.
Verfahren zum Steuern bzw. Regeln einer elektrisch betriebenen Lenkvorrichtung, wobei die Lenkvorrichtung umfasst: einen Motor (20) zum Ausüben eines Unterstützungsdrehmomentes an einer Lenkvorrichtung, einen Drehmomentdetektor (10) zum Detektieren eines von einem Fahrer ausgeübten Lenkdrehmomentes und einen Drehwinkeldetektor (12) zum Detektieren eines Drehwinkels des Motors (10); wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst: Einstellen eines Motordrehmomentes zur Ausgabe an den Motor (20) auf Grundlage des von dem Drehmomentdetektor (10) detektierten Lenkdrehmomentes; Einstellen einer ersten Verstärkung derart, dass sie zu einer spezifischen Größe wird und eine Phase um etwa 90° bei einer Grenzwinkelfrequenz vorrückt, die fest bei einer Resonanzfrequenz eines spezifischen Fahrzeugkörperelementes (8) eingestellt ist; Einstellen einer zweiten Verstärkung derart, dass sie zu einer spezifischen Größe wird und eine Phase um etwa 90° bei einer Grenzwinkelfrequenz vorrückt, die veränderlich entsprechend einer Reifendrehfrequenz eingestellt ist, die entsprechend einer Fahrzeuggeschwindigkeit veränderlich ist; Addieren der ersten und zweiten Verstärkungen; Ausgeben einer addierten Größe der ersten und zweiten Verstärkungen als Schwingungsunterdrückungsverstärkung zum Unterdrücken einer Resonanz eines Fahrzeugkörperelementes und einer Schwingung infolge einer Reifendrehung; und Korrigieren des Motordrehmomentes unter Verwendung der Schwingungsunterdrückungsverstärkung, um so eine Resonanz des Fahrzeugkörperelementes und die Schwingung infolge der Reifendrehung zu unterdrücken.
Verfahren nach Anspruch 8, des Weiteren umfassend den Schritt des Gewichtens der Verstärkungen vor dem Addieren der Verstärkungen.
Computerprogrammerzeugnis, umfassend computerlesbare Anweisungen, die dann, wenn sie in ein geeignetes System geladen sind und dort ausgeführt werden, die Schritte nach einem Verfahren der Ansprüche 8 oder 9 ausführen können.