DE102016012242B4

DE102016012242B4 - Lenkungssteuerungsvorrichtung und lenkungssteuerungsverfahren

Info

Publication number: DE102016012242B4
Application number: DE102016012242.0A
Authority: DE
Inventors: Sang Jin Ko
Original assignee: Mando Corp
Current assignee: HL Mando Corp
Priority date: 2015-10-06
Filing date: 2016-10-05
Publication date: 2022-08-04
Anticipated expiration: 2036-10-06
Also published as: CN107021133B; KR101694763B1; CN107021133A; US20170096161A1; DE102016012242A1; US10112642B2

Abstract

Lenkungssteuerungsvorrichtung (100) mit:
einer Erfassungseinheit (110), die dafür konfiguriert ist, den Winkel eines Ritzelgetriebes (330), ein Säulendrehmoment (210) und einen Motorstrom zu erfassen;
einer Frequenzschätzungseinheit (120), die dafür konfiguriert ist, eine Fahrbahnoberflächenfrequenz, die von der Straße erzeugt wird, auf der das Fahrzeug fährt, auf der Grundlage von wenigstens einem von dem Winkel des Ritzelgetriebes (330), dem Säulendrehmoment (210) oder dem Motorstrom zu schätzen;
einer Zahnstangenkraft-Schätzungseinheit (130), die dafür konfiguriert ist, eine Zahnstangenkraft auf der Grundlage von wenigstens einem von dem Winkel des Ritzelgetriebes (330), dem Säulendrehmoment (210) oder dem Motorstrom zu schätzen; und
einer Steuereinheit (140), die dafür konfiguriert ist, Fahrbahnoberflächeninformationen, die in der Zahnstangenkraft enthalten sind, auf der Grundlage der Fahrbahnoberflächenfrequenz zu extrahieren, und die dafür konfiguriert ist, eine Lenkvorrichtung auf der Grundlage der Fahrbahnoberflächeninformationen und der Zahnstangenkraft zu steuern;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Frequenzschätzungseinheit (120) die Fahrbahnoberflächenfrequenz unter Verwendung eines aktiven Kerbfilters (230) schätzt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lenkungssteuerungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein Lenkungssteuerungsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Die Lenkungssteuerungsvorrichtung ist dazu gedacht, es einem Fahrer zu erlauben, ein Fahrzeug in einer gewünschten Richtung fahren zu können, indem die Vorderräder gedreht werden.
Eine solche Lenkungssteuerungsvorrichtung verwendet eine EPS bzw. elektrische Servolenkung als ein Mittel zur Unterstützung der Kraft, die benötigt wird, um die Vorderräder zu drehen.
Die Kraft, die benötigt wird, um die Vorderräder zu drehen, resultiert aus einem Rückstellmoment, das in den Reifen erzeugt wird, und das Rückstellmoment kann in die Zahnstangenkraft umgewandet werden, die eine externe Kraft der Lenkvorrichtung ist.
Deshalb berechnet die Lenkungssteuerungsvorrichtung das Rückstellmoment oder die Zahnstangenkraft und kompensiert diese, um dadurch die Kraft zu unterstützen, die benötigt wird, um die Vorderräder zu drehen.
Aber eine typische Lenkungssteuerungsvorrichtung kann die Komponente der Fahrbahnoberfläche, auf der das Fahrzeug fährt, aufgrund von Faktoren wie etwa der Dämpfung, die durch eine Säulenfeder bewirkt wird, oder der Trägheit des Lenkrads nicht kompensieren.
Die nachveröffentlichte DE 10 2015 216 040 A1 beschreibt ein Verfahren zur Rückmeldung an einen Anwender eines motorisch unterstützten Lenksystems für ein Fahrzeug, welches ein Ermitteln eines Signals repräsentierend eine Zahnstangenkraft des Lenksystems, ein Untersuchen eines Verlaufes des Signals repräsentierend die Zahnstangenkraft über der Zeit, ein Vergleichen des Verlaufes mit einer vordefinierten ersten Referenz, und im Falle eines vordefinierten Ergebnisses des Vergleiches, ein Ausgeben einer haptischen Rückmeldung an den Anwender auf Basis der vordefinierten ersten Referenz umfasst.
Die gattungsbildende DE 10 2013 113 027 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs mit einer elektromechanischen Lenkunterstützungseinrichtung, bei dem auf einen Drehstab der Lenkvorrichtung wirkende, störungsinduzierte Schwingungen erfasst werden und die Frequenz und Amplitude der störungsinduzierten Schwingungen analysiert werden, wobei bei Überschreiten eines Grenzwertes der Amplitude der störungsinduzierten Schwingungen eine Lenkstabilisierungsfunktion der Lenkunterstützungseinrichtung aktiviert wird, die ein Ansteuersignal für einen Elektromotor der Lenkunterstützungseinrichtung bereitstellt.
DE 10 2008 021 856 A1 beschreibt ein Servo-Lenksystem mit einem Stellaggregat zum unterstützenden Einstellen des Lenkwinkels und mit einer Steuervorrichtung, welche mittels eines von einem Fahrerwunsch abhängigen Steuersignals das Stellaggregat steuert, wobei dem Steuersignal ein von der Wirkung der Fahrbahn auf ein gelenktes Rad abhängiges Zusatzsignal überlagert ist, dessen Frequenzen oberhalb einer vorgegebenen Frequenz liegen.
DE 10 2007 026 189 A1 beschreibt eine elektromechanische Lenkung für ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor, über den in Abhängigkeit eines vom Fahrer aufgebrachten Lenkmoments ein Zusatzlenkmoment in die Lenkung einbringbar ist. Zudem sind Mittel zur Generierung eines eine Spurstangenkraft repräsentierenden Signals, Mittel zur Differenzbildung zwischen dem Spurstangenkraftsignal und einem das Lenkmoment und/oder Zusatzmoment repräsentierenden Signal und ein Hochpassfilter zum Filtern des Differenzsignals vorgesehen.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Ausführungsform in Übereinstimmung mit einem Aspekt darin, eine Lenkungssteuerungsvorrichtung bereitzustellen, die einen Fahrer mittels der Fahrbahnoberfläche, auf der das Fahrzeug fährt, mit einem Gefühl versehen kann.
Die Lösung vorstehend genannter Aufgabe erfolgt durch eine Lenkungssteuerungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Lenkungssteuerungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Wie oben beschrieben worden ist, kann die vorliegende Ausführungsform eine Lenkungssteuerungstechnik bereitstellen, die einen Fahrer mittels der Fahrbahnoberfläche, auf der das Fahrzeug fährt, mit einem Gefühl versehen kann.
Figurenliste
Die oben genannten und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird, offensichtlicher werden, wobei in den Zeichnungen:

1 eine Ansicht ist, die eine Lenkungssteuerungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulicht;
2 eine Ansicht ist, die eine Frequenzschätzungseinheit in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulicht;
3 eine Ansicht ist, die ein Beispiel für das Erläutern einer Zahnstangenkraft-Schätzungseinheit in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulicht;
4 eine Ansicht ist, die ein weiteres Beispiel für das Erläutern einer Zahnstangenkraft-Schätzungseinheit in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulicht;
5 eine Ansicht ist, die ein Beispiel für das Erläutern des Betriebs einer Zahnstangenkraft-Schätzungseinheit in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulicht;
6A und 6B Ansichten sind, die ein Beispiel für das Erläutern des Betriebs einer Steuereinheit in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulichen;
7A, 7B, und 7C Ansichten sind, die ein Beispiel für das Erläutern des Betriebs einer Steuereinheit in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform veranschaulichen; und
8 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Lenkungssteuerungsverfahren in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER EXEMPLARISCHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Beim Hinzufügen von Bezugszeichen zu Elementen in jeder Zeichnung werden die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden, wenn dies möglich ist, obwohl sie in unterschiedlichen Zeichnungen gezeigt sind. Des Weiteren wird in der folgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung eine ausführliche Beschreibung von bekannten Funktionen und Konfigurationen, die hier integriert sind, weggelassen werden, wenn diese Beschreibung den Gegenstand der vorliegenden Erfindung eher undeutlich machen könnte.
Außerdem können Begriffe wie etwa ein erster, ein zweiter, A, B, (a), (b) oder dergleichen hier verwendet werden, wenn Komponenten bzw. Bauteile der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Diese Begriffe werden lediglich zur Unterscheidung eines strukturellen Elements von anderen strukturellen Elementen verwendet, und eine Eigenschaft, eine Ordnung, eine Reihenfolge und dergleichen eines entsprechenden strukturellen Elements sind durch die Begriffe nicht beschränkt. Es sollte angemerkt werden, dass dann, wenn in der Patentspezifikation beschrieben wird, dass eine Komponente bzw. ein Bauteil mit einer anderen Kompontente bzw. einem andern Bauteil „verbunden“, „gekoppelt“ oder „zusammengefügt“ ist, eine dritte Komponente bzw. ein drittes Bauteil zwischen den ersten und zweiten Komponenten bzw. Bauteilen „angeschlossen“ bzw. „verbunden“, „gekoppelt“ und damit „zusammengefügt“ sein kann, obwohl die erste Komponente bzw. das erste Bauteil direkt mit der zweiten Komponente bzw. dem zweiten Bauteil verbunden, gekoppelt oder zusammengefügt sein kann.
1 ist eine Ansicht, die eine Lenkungssteuerungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf 1 kann die Lenkungssteuerungsvorrichtung 100 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform eine Erfassungseinheit 110 zum Erfassen des Winkels eines Ritzelgetriebes, das in dem Vorderrad positioniert ist, eines Säulendrehmoments und eines Motorstroms; eine Frequenzschätzungseinheit 120 zum Schätzen einer Fahrbahnoberflächenfrequenz, die eine Frequenz in Bezug auf die Straße ist, auf der das Fahrzeug fährt, auf der Grundlage von wenigstens einem von dem Winkel des Ritzelgetriebes, dem Säulendrehmoment oder dem Motorstrom; eine Zahnstangenkraft-Schätzungseinheit 130 zum Schätzen einer Zahnstangenkraft auf der Grundlage von wenigstens einem von dem Winkel des Ritzelgetriebes, dem Säulendrehmoment oder dem Motorstroms; und eine Steuereinheit 140 zum Extrahieren von Fahrbahnoberflächeninformationen, die in der Zahnstangenkraft enthalten sind, auf der Grundlage der Fahrbahnoberflächenfrequenz und zum Steuern einer Lenkvorrichtung auf der Grundlage der Fahrbahnoberflächeninformationen und der Zahnstangenkraft aufweisen.
Die Erfassungseinheit 110 der Lenkungssteuerungsvorrichtung 100 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform kann eine spezifische Markierung auf einem von den Ritzelgetrieben erfassen, um dadurch den Winkel des Ritzelgetriebes zu erfassen. Außerdem kann die Erfassungseinheit 110 eine Neigung eines Torsionsstabes abfühlen, um dadurch ein Säulendrehmoment zu erfassen, und sie kann eine Spannung abfühlen, die durch einen Motorstrom erzeugt wird, um dadurch den Motorstrom zu erfassen.
Die oben beschriebene Ausführungsform ist lediglich ein Beispiel und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Das heißt, die Erfassungseinheit 110 kann den Winkel des Ritzelgetriebes, das Säulendrehmoment oder den Motorstrom unter Verwendung einer spezifischen Sensorvorrichtung oder eines spezifischen Verfahrens erfassen.
Die Frequenzschätzungseinheit 120 der Lenkungssteuerungsvorrichtung 100 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform kann eine Fahrbahnoberflächenfrequenz, die von der Fahrbahnoberfläche erzeugt wird, auf der das Fahrzeug fährt, auf der Grundlage von wenigstens einem von dem Winkel des Ritzelgetriebes, dem Säulendrehmoment oder dem Motorstrom, der bzw. das von der Erfassungseinheit 110 erfasst wird, schätzen. Die Fahrbahnoberflächenfrequenz kann eine Dominantfrequenz sein.
Wenn das Fahrzeug zum Beispiel auf der nicht gepflasterten Straße fährt, kann das Fahrzeug mit einem Wackeln konfrontiert werden, das durch die nicht gepflasterte Straße verursacht wird (im Folgenden Fahrbahnoberflächeninformationen genannt). Einige der Fahrbahnoberflächeninformationen können zu dem Ritzelgetriebe, der Säule und dem Motor (Elektromotor) übertragen werden, so dass die Erfassungseinheit 110 den Winkel des Ritzelgetriebes, der die Fahrbahnoberflächeninformationen enthält, das Säulendrehmoment, das die Fahrbahnoberflächeninformationen enthält, und den Motorstrom, der die Fahrbahnoberflächeninformationen enthält, erfassen kann.
In der obigen Situation kann die Frequenzschätzungseinheit 120 wenigstens einen von dem Winkel des Ritzelgetriebes, der die Fahrbahnoberflächeninformationen enthält, dem Säulendrehmoment, das die Fahrbahnoberflächeninformationen enthält, und dem Motorstrom, der die Fahrbahnoberflächeninformationen enthält, an ein Tiefpassfilter (TPF) anlegen, um dadurch wenigstens einen von dem Winkel des Ritzelgetriebes durch die Fahrbahnoberflächeninformationen, dem Säulendrehmoment durch die Fahrbahnoberflächeninformationen oder dem Motorstrom durch die Fahrbahnoberflächeninformationen auszuwählen. Das heißt, das Tiefpassfilter kann anstatt des Winkels des Ritzelgetriebes durch die Fahrbahnoberflächeninformationen, des Säulendrehmoments durch die Fahrbahnoberflächeninformationen oder des Motorstroms durch die Fahrbahnoberflächeninformationen einen Winkel des Ritzelgetriebes, ein Säulendrehmoment und einen Motorstrom von anderen Informationen auf der Grundlage einer Grenzfrequenz blockieren. Die oben genannten Informationen können in Abhängigkeit von Frequenzen separiert werden.
Die Grenzfrequenz des oben genannten Tiefpassfilters kann ein Näherungswert einer Fahrbahnoberflächenfrequenz sein, der durch Experimente vorab berechnet wird.
Danach kann die Frequenzschätzungseinheit 120 durch die Verwendung eines aktiven Kerbfilters in Echtzeit eine Fahrbahnoberflächenfrequenz in Bezug auf wenigstens einen bzw. eines von dem Winkel des Ritzelgetriebes durch die Fahrbahnoberflächeninformationen, dem Säulendrehmoment durch die Fahrbahnoberflächeninformationen oder dem Motorstrom durch die Fahrbahnoberflächeninformationen, der bzw. das ausgewählt worden ist, schätzen.
In der Zwischenzeit kann die Frequenzschätzungseinheit 120 eine Fahrbahnoberflächenfrequenz unter Verwendung des Säulendrehmoments, das die Fahrbahnoberflächeninformationen enthält, schätzen. Die Frequenzschätzungseinheit 120 kann zum Beispiel die Fahrbahnoberflächenfrequenz schätzen, die zu dem Säulendrehmoment übertragen wird, indem sie Änderungsinformationen des Säulendrehmoments in Abhängigkeit von der Zeit verwendet. Genauer gesagt kann die Frequenzschätzungseinheit 120 eine Änderung entsprechend der Lenkradbetätigung des Fahrers und eine Änderung entsprechend der Übertragung der Fahrbahnoberflächeninformationen unter Verwendung der Änderungsinformationen des Säulendrehmoments in Abhängigkeit von der Zeit identifizieren. Die Änderung des Säulendrehmoments entsprechend der Lenkradbetätigung des Fahrers kann zum Beispiel so berechnet werden, dass sie weniger als 10 Hz ist, und die Änderung des Säulendrehmoments entsprechend der Übertragung der Fahrbahnoberflächeninformationen kann zum Beispiel so berechnet werden, dass sie 20 bis 30 Hz ist und 10 Hz überschreitet. Dies ist bedingt durch die Tatsache, dass die Änderungsgeschwindigkeit oder -periodizität entsprechend der Lenkradbetätigung des Fahrers niedriger als die Änderung des Säulendrehmoments entsprechend der Vibration der Fahrbahnoberfläche ist.
Deshalb kann die Frequenzschätzungseinheit 120 eine Frequenzkomponente, die durch die Lenkradbetätigung des Fahrers erzeugt wird, unter Verwendung des oben beschriebenen TPF entfernen, um dadurch die Fahrbahnoberflächenfrequenz zu schätzen.
Die Zahnstangenkraft-Schätzungseinheit 130 der Lenkungssteuerungsvorrichtung 100 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform kann eine Zahnstangenkraft, die eine externe Kraft ist, die von den Fahrzeugrädern angelegt wird, auf der Grundlage der Modellierungsanalyse von wenigstens einem von dem Winkel des Ritzelgetriebes, dem Säulendrehmoment oder dem Motorstrom, der bzw. das von der Erfassungseinheit 110 erfasst worden ist, schätzen.
Die Zahnstangenkraft-Schätzungseinheit 130 kann zum Beispiel: ein Motordrehmoment auf der Grundlage des Motorstroms berechnen, der von der Erfassungseinheit 110 erfasst wird; einen Winkelschätzfehler des Ritzelgetriebes durch das Subtrahieren des geschätzten Winkels des Ritzelgetriebes, der von der Zahnstangenkraft-Schätzungseinheit 130 geschätzt wird, von dem Winkel des Ritzelgetriebes, der von der Erfassungseinheit 110 erfasst wird, berechnen; und wenigstens einen bzw. eine von der Zahnstangenkraft, dem geschätzten Winkel des Ritzelgetriebes, der geschätzten Winkelgeschwindigkeit des Ritzelgetriebes auf der Grundlage der Modellierungsanalyse des Säulendrehmoments, des Motordrehmoments und des Winkelschätzfehlers des Ritzelgetriebes schätzen.
Die Modellierungsanalyse der Lenkungssteuerungsvorrichtung wird auf der Grundlage des Ritzelgetriebes durchgeführt. Gemäß der ersten Modellierungsanalyse, die in Bezug auf den Abschnitt der Lenkungsbedienungsvorrichtung durchgeführt wird, der das Ritzelgetriebe nicht einschließt, kann dann, wenn ein Antriebsmoment in die Lenkungsbedienungsvorrichtung eingegeben wird, eine Dämpfung in der Lenkungsbedienungsvorrichtung existieren, die die Trägheit und die Vibration der Lenkungsbedienungsvorrichtung absorbiert und unterdrückt, und kann eine Kraft, die von dem Unterschied der Winkel zwischen der Lenkungsbedienungsvorrichtung und dem Ritzelgetriebe abhängt, mittels eines Torsionsstabs, der mit der Achse der Lenkungsbedienungsvorrichtung verbunden ist, existieren. Das heißt, die erste Beziehungsgleichung kann mittels der ersten Modellierungsanalyse auf der Grundlage der oben beschriebenen Beziehung erhalten werden.
In ähnlicher Weise wird die Modellierungsanalyse der Lenkungssteuerungsvorrichtung auf der Grundlage des Ritzelgetriebes durchgeführt. Gemäß der zweiten Modellierungsanalyse, die in Bezug auf den Motor (Elektromotor) durchgeführt wird, der das Ritzelgetriebe enthält, kann eine Dämpfung existieren, die die Vibration zwischen dem Motor, der als ein Motordrehmoment arbeitet, und einem Riemen, der eine Verbindung zu einer Spindelmutter vorsieht, und die Trägheit der Spindelmutter absorbiert und unterdrückt, und kann eine Dämpfung der Spindelmutter existieren. Außerdem können das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Motor und dem Riemen, das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Riemen und der Spindelmutter und das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Zahnstangenstab und dem Ritzelgetriebe bei allen von diesen angelegt werden. Das heißt, die zweite Beziehungsgleichung kann mittels der zweiten Modellierungsanalyse auf der Grundlage der oben beschriebenen Beziehung erhalten werden.
Die Zahnstangenkraft-Schätzungseinheit 130 kann wenigstens einen bzw. eine von der zweiten Zahnstangenkraft, dem geschätzten Winkel des Ritzelgetriebes oder der geschätzten Winkelgeschwindigkeit des Ritzelgetriebes durch die Verwendung der Zustandsgleichung schätzen, die auf der Grundlage der ersten Beziehungsgleichung und der zweiten Beziehungsgleichung mittels der Modellierungsanalyse der Lenkungssteuerungsvorrichtung, wie oben beschrieben, berechnet wird. Das heißt, die Zahnstangenkraft kann ein Wert sein, der durch das Anlegen der Modellierungsanalyse geschätzt wird.
Die Steuereinheit 140 der Lenkungssteuerungsvorrichtung 100 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform kann Fahrbahnoberflächeninformationen, die in der Zahnstangekraft enthalten sind, die von der Zahnstangenkraft-Schätzungseinheit 130 geschätzt wird, auf der Grundlage der Fahrbahnoberflächenfrequenz, die von der Frequenzschätzungseinheit 120 geschätzt wird, extrahieren, und sie kann die Lenkvorrichtung auf der Grundlage der Fahrbahnoberflächeninformationen und der Zahnstangenkraft steuern.
Die Frequenzschätzungseinheit 120 kann zum Beispiel die Fahrbahnoberflächeninformationen, die in der Zahnstangenkraft enthalten sind, unter Verwendung eines Bandpassfilters extrahieren, das einen Frequenzbereich hat, der die Fahrbahnoberflächenfrequenz enthält.
Wenn die Lenkvorrichtung auf der Grundlage lediglich der geschätzten Zahnstangenkraft gesteuert wird, werden einige der Fahrbahnoberflächeninformationen über die Straße, auf der gefahren wird, durch die Säulenfeder oder die Trägheit des Lenkrads entfernt, so dass der Fahrer zum Teil ein unerwünschtes Gefühl haben kann, anstatt dass er ein erwünschtes Gefühl hat, während er auf der Straße fährt. Das erwünschte Gefühl kann sich auf ein Gefühl der Fahrbahnoberflächeninformationen über einen spezifischen Frequenzbereich von 20[Hz] bis 30 [Hz] beziehen.
Im Gegensatz dazu kann der Fahrer dann, wenn die Lenkvorrichtung von der Steuereinheit 140 auf der Grundlage der Fahrbahnoberflächeninformationen und der Zahnstangenkraft gesteuert wird, ein erwünschtes Gefühl durch die Fahrbahnoberflächeninformationen haben, ohne dass er ein unerwünschtes Gefühl spürt. Das heißt, die Steuereinheit 140 ist dazu gedacht, einige der Fahrbahnoberflächeninformationen zu kompensieren, die von der Säulenfeder oder der Trägheit des Lenkrads entfernt werden, um dadurch die Lenkvorrichtung zu steuern.
Wenn die Fahrbahnoberflächenfrequenz, die von der Frequenzschätzungseinheit 120 geschätzt worden ist, zum Beispiel zu dem Frequenzbereich von 20 [Hz] bis 30 [Hz] gehört, kann die Steuereinheit 140 die Lenkvorrichtung so steuern, dass die extrahierten Fahrbahnoberflächeninformationen reflektiert werden, um dadurch die Bewegung mittels der Fahrbahnoberflächeninformationen der Lenkungsbedienungsvorrichtung bereitzustellen.
Wenn im Gegensatz dazu die Fahrbahnoberflächenfrequenz, die von der Frequenzschätzungseinheit 120 geschätzt worden ist, nicht zu dem Frequenzbereich von 20 [Hz] bis 30 [Hz] gehört, dann kann die Steuereinheit 140 die Lenkvorrichtung so steuern, dass die extrahierten Fahrbahnoberflächeninformationen nicht reflektiert werden, um dadurch die Bewegung mittels der Fahrbahnoberflächeninformationen, die teilweise der Lenkungsbedienungsvorrichtung bereitgestellt werden, zu entfernen.
2 ist eine Ansicht, die eine Frequenzschätzungseinheit in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf 2 kann die Frequenzschätzungseinheit in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ein Säulendrehmoment 210, das von der Erfassungseinheit erfasst wird, an das Tiefpassfilter 220 anlegen, um dadurch nur die Fahrbahnoberflächeninformationen auszugeben.
Zu diesem Zweck kann eine Grenzfrequenz des Tiefpassfilters 220 durch Experimente so festgelegt werden, dass sie alle Frequenzen (z.B. eine Frequenz, die von dem Benutzer eingegeben wird) außer der Fahrbahnoberflächenfrequenz blockiert, so dass das Tiefpassfilter 220 die Fahrbahnoberflächeninformationen des Säulendrehmoments ausgeben kann.
Danach kann das aktive Kerbfilter 230 die Fahrbahnoberflächeninformationen des Säulendrehmoments empfangen, die von dem Tiefpassfilter 220 ausgegeben werden, um dadurch die Fahrbahnoberflächenfrequenz in Echtzeit zu schätzen.
Das aktive Kerbfilter 230 kann entsprechend der unten genannten Gleichung 1 arbeiten. ${\begin{matrix} z'' (t) + 2 ζ ω (t) z' (t) + ω {(t)}^{2} z (t) = w {(t)}^{2} d (t) \\ ω' (t) + γ z (t) {ω {(t)}^{2} d (t) - 2 ζ ω (t) z' (t)} = 0 \end{matrix}$
Hier ist ω(t) eine geschätzte Frequenz. ζ und Y sind größer als Null und sie sind Variable, die geregelt werden, um den Konflikt zwischen der geschätzten Geschwindigkeit und der Rauschempfindlichkeit auszugleichen. z(t) bezieht sich auf eine Variable, die als $- \frac{k}{2 ζ}$
definiert ist, wobei k eine Spitze einer Dreieckwelle bedeuten kann, die als eine geschätzte Frequenz arbeitet, und ein Differential bedeuten kann. Außerdem kann [z(t) z'(t) ω(t)]^T als ${[- \frac{\hat{k}}{2 ζ} 0 ω_{0}]}^{T}$
in dem anfänglichen Zustand definiert werden.k̂ und ω₀ beziehen sich jeweils auf anfängliche Zustandwerte von k und ω(t).
Obwohl in 2 die Ausführungsform beschrieben worden ist, in der die Frequenzschätzungseinheit eine Frequenz mit der Eingabe eines Säulendrehmoments schätzt, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und die Frequenzschätzungseinheit kann eine Frequenz mit der Eingabe eines anderen Faktors, der in der Erfassungseinheit erfasst wird, schätzen.
3 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für das Erläutern einer Zahnstangenkraft-Schäztungseinheit in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf 3 kann die Zahnstangenkraft-Schätzungseinheit wenigstens einen oder eine von der Zahnstangenkraft, dem geschätzten Winkel des Ritzelgetriebes 330 oder der geschätzten Winkelgeschwindigkeit des Ritzelgetriebes 330 unter Verwendung der Zustandsgleichung schätzen, die auf der Grundlage der ersten Modellierungsanalyse in Bezug auf den Abschnitt (M1) der Lenkungsbedienungsvorrichtung 310, der das Ritzelgetriebe 330 nicht einschließt, und der zweiten Modellierungsanalyse in Bezug auf den Abschnitt (M2) des Motors 360, der das Ritzelgetriebe 330 einschließt, berechnet wird.
In der Modellierungsanalyse des Abschnitts (M1) der Lenkungsbedienungsvorrichtung 310, der das Ritzelgetriebe 330 nicht einschließt, kann die Lenkungsbedienungsvorrichtung 310 den Drehwinkel (θ_c), die Trägheit (Jc) und die Dämpfung (B_c) entsprechend der Bewegung (S1) des Antriebsmoments (T_d) haben, und eine Konstante (K_c) mittels eines Torsionsstabs und einer stoßabsorbierenden Vorrichtung 320 kann zwischen der Lenkungsbedienungsvorrichtung 310 und dem Ritzelgetriebe 330 existieren.
Die erste Beziehungsgleichung, die die Beziehung des Drehwinkels (θ_c), der Trägheit (J_c), der Dämpfung (B_c) und der Konstante(K_c) zeigt, die oben beschrieben worden ist, kann als die Gleichung 2 unten ausgedrückt werden. $J_{c} * θ_{c}'' = - K_{c} * (θ_{c} - θ_{p}) - B_{c} * θ_{c}' + T_{d}$
Hier bezeichnet θ_ρ den Winkel des Ritzelgetriebes 330. θ_c' bezieht sich auf die Drehwinkelgeschwindigkeit, die die erste Ableitung von θ_c in Abhängigkeit von der Zeit ist, und θ_c'' bezieht sich auf die Drehwinkelbeschleunigung, die die zweite Ableitung von θ_c in Abhängigkeit von der Zeit ist.
Außerdem kann gemäß der Modellierungsanalyse des Abschnitts (M2) des Motors 360, der das Ritzelgetriebe 330 einschließt, der Motor 360 den Drehwinkel (θ_m), die Trägheit (Jm) und die Dämpfung (B_m) entsprechend der Bewegung (S2) des Motordrehmoments (T_m) durch den Motor 360 haben, und Kugelumlaufspindelgetriebe 350 und 355, die die Bewegung (S3-1 und S3-2) mittels eines Riemens haben, der den Motor 360 und die Kugelumlaufspindelgetriebe 350 und 355 verbindet, können den Drehwinkel (θ_bs), die Trägheit (J_bs) und die Dämpfung (B_bs) haben. Der Motor 360 und das Kugelumlaufspindelgetriebe 355, die durch den Riemen verbunden sind, können ein Übersetzungsverhältnis (G_b) haben, und das Kugelumlaufspindelgetriebe 350 und der Zahnstangenstab 340, die gedreht werden, während sie miteinander in Eingriff stehen, können ein Übersetzungsverhältnis (G_bs) haben. Der Zahnstangenstab 340 und das Ritzelgetriebe 330, die gedreht werden, während sie miteinander in Eingriff stehen, können ein Übersetzungsverhältnis (G_p) haben. Außerdem kann der Zahnstangenstab 340 die Dämpfung (B_r) haben.
Die zweite Beziehungsgleichung, die die Beziehung der Variablen zeigt, die oben beschrieben worden sind, kann als Gleichung 3 unten ausgedrückt werden. $\begin{array}{l} (J_{m} + J_{bs}) * θ_{p}'' = K_{c} * (θ_{c} - θ_{p}) - (B_{m} + B_{bs}) * θ_{p}' - G_{p} * \\ F_{r} + (G_{b} * G_{p} / G_{bs}) * T_{m} \end{array}$
Hier bezieht sich θ_p' auf die Drehwinkelgeschwindigkeit des Ritzelgetriebes, die die erste Ableitung von θ_p in Abhängigkeit von der Zeit ist, und bezieht sich θ_p'' auf die Drehwinkelbeschleunigung des Ritzelgetriebes, die die zweite Ableitung von θ_p in Abhängigkeit von der Zeit ist.
Die Trägheit (J_peq) und die Dämpfung (B_peq) eines spezifischen Objekts, das äquivalent ist zu dem Abschnitt (M2) des Motors 360, der aus dem Motor 360, den Kugelumlaufspindelgetrieben 350 und 355 und dem Ritzelgetriebe 330 besteht, können wie in der Gleichung 4 unten ausgedrückt werden. $J_{peg} = J_{m} + J_{bs}, B_{peq} = B_{m} + B_{bs}$
Die Gleichung 5 kann durch das Anlegen der Gleichung 4 an die Gleichung 3 erhalten werden. $\begin{array}{l} J_{peq} * θ_{p}'' = K_{c} * (θ_{c} - θ_{p}) - B_{peq} * θ_{p}' - G_{p} * F_{r} + (G_{b} * G_{p} \\ / G_{bs}) * T_{m} \end{array}$
Die Gleichung 6, die eine Zustandsgleichung ist, die Ausgangsvariable der Zahnstangenkraft, der Drehwinkelgeschwindigkeit des Ritzelgetriebes, der Drehwinkelbeschleunigung des Ritzelgetriebes und der ersten Ableitung der Zahnstangenkraft hat, kann auf der Grundlage von Gleichung 2, die durch die Modellierungsanalyse des Abschnitts (M1) der Lenkungsbedienungsvorrichtung 310, der das Ritzelgetriebe 330 nicht einschließt, berechnet wird, und auf der Grundlage von Gleichung 5 erhalten werden, die durch die Modellierungsanalyse des Abschnitts (M2) des Motors 360, der das Ritzelgetriebe 330 einschließt, berechnet wird. Die Gleichung 6 kann die Zahnstangenkraft (Frack) als den Ausgang durch das Umwandeln derselben in eine Zustandsvariable enthalten. $[\begin{matrix} θ_{p}^{'} \\ θ_{p}^{''} \\ F'_{r a c k} \end{matrix}] = [\begin{matrix} 0 & 1 & 0 \\ 0 & - (B_{p e q} / J_{p e q}) & - (G_{p} / J_{p e q}) \\ 0 & 0 & 0 \end{matrix}] [\begin{matrix} θ_{p} \\ θ_{p}^{'} \\ F_{r a c k} \end{matrix}] + [\begin{matrix} 0 & 0 \\ 1 / (J_{p e q}) & (G_{b} G_{p}) / (J_{p e q} G_{b s}) \\ 0 & 0 \end{matrix}] [\begin{matrix} T_{s} \\ T_{m} \end{matrix}]$
Hier bezieht sich T_s auf ein Säulendrehmoment, das durch den Torsionsstab erfasst wird.
Außerdem eine Schätzfunktion zum Ausgeben der Zahnstangenkraft, des geschätzten Winkels des Ritzelgetriebes und der geschätzten Winkelgeschwindigkeit durch das Eingeben des Säulendrehmoments, des Motordrehmoments und des Winkels des Ritzelgetriebes, während eine Feedback-Struktur für das Kompensieren des Winkels des Ritzelgetriebes mit dem geschätzten Winkel des Ritzelgetriebes angelegt wird. $\hat{x}' = A \hat{x} + B u + L (y - \hat{y})$
Hier sind $A = [\begin{matrix} 0 & 1 & 0 \\ 0 & - (B_{p e q} / J_{p e q}) & - (G_{p} / J_{p e q}) \\ 0 & 0 & 0 \end{matrix}], B = [\begin{matrix} 0 & 0 \\ 1 / (J_{p e q}) & (G_{b} G_{p}) / (J_{p e q} G_{b s}) \\ 0 & 0 \end{matrix}], u = [\begin{matrix} T_{s} \\ T_{m} \end{matrix}]$
$x = [\begin{matrix} θ_{p}^{'} \\ θ_{p}^{''} \\ F_{r a c k}^{'} \end{matrix}], y = [1 0 0] [\begin{matrix} θ_{p} \\ θ_{p}^{'} \\ F_{r a c k} \end{matrix}]$
L ist ein Wert, der dafür geplant ist, auf den Fehler zu konvergieren, und X̂ bezieht sich auf ein geschätztes x. X̂' bezieht sich auf ein geschätztes x', und ŷ bezieht sich auf ein geschätztes y.
Unter Bezugnahme auf 4 kann die ZahnstangenkraftSchätzungseinheit wenigstens einen oder eine von der Zahnstangenkraft, dem geschätzten Winkel des Ritzelgetriebes oder der geschätzten Winkelgeschwindigkeit des Ritzelgetriebes durch das Anlegen an die Schätzfunktion 410, die mit der berechneten Gleichung 7 angelegt wird, des Motordrehmoments schätzen, das berechnet wird auf der Grundlage: eines Motorstroms; des Schätzfehlers des Winkels des Ritzelgetriebes, der berechnet wird durch das Subtrahieren des geschätzten Winkels des Ritzelgetriebes von dem Winkel des Ritzelgetriebes; und des Säulendrehmoments.
Der Betrieb der Zahnstangenkraft-Schätzungseinheit in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform, die auf der Grundlage von 3 und 4 beschrieben worden ist, wird kurz unter Bezugnahme auf 5 beschrieben werden.
5 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für das Erläutern des Betriebs der Zahnstangenkraft-Schätzungseinheit in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf 5 kann die Zahnstangenkraft-Schätzungseinheit ein Motordrehmoment auf der Grundlage eines Motorstroms, der von der Erfassungseinheit erfasst wird, berechnen (S500).
Im Allgemeinen erzeugt der Motor ein konstantes Motordrehmoment entsprechend einem eingegebenen Motorstrom. Während des Vorgangs S500 kann das Motordrehmoment unter Verwendung des Motorstroms, der von der Erfassungseinheit erfasst wird, und unter Verwendung der Motordrehmomenteigenschaften berechnet werden, die von dem Motorstrom des Motors abhängen und die im Voraus durch Experimente berechnet werden.
Nach dem Berechnen des Motordrehmoments in dem Vorgang S500 kann die Zahnstangenkraft-Schätzungseinheit einen Schätzfehler des Winkels des Ritzelgetriebes durch das Subtrahieren des geschätzten Winkels des Ritzelgetriebes von dem Winkel des Ritzelgetriebes, der von der Erfassungseinheit erfasst wird, berechnen (S510).
Die Zahnstangenkraft-Schätzungseinheit kann zum Beispiel in dem Vorgang S510 den Schätzfehler des Winkels des Ritzelgetriebes durch das Subtrahieren des geschätzten Winkels des Ritzelgetriebes, der in dem vorhergehenden Vorgang geschätzt worden ist, von dem Winkel des Ritzelgetriebes, der von der Erfassungseinheit erfasst worden ist, berechnen. Das heißt, die Zahnstangenkraft-Schätzungseinheit kann eine Feedback-Struktur in Bezug auf den Winkel des Ritzelgetriebes in dem Vorgang S510 haben.
Wenn der Vorgang S510 durchgeführt wird, kann die Zahnstangenkraft-Schätzungseinheit wenigstens einen bzw. eine von der Zahnstangenkraft, dem Winkel des Ritzelgetriebes oder der Winkelgeschwindigkeit des Ritzelgetriebes auf der Grundlage der Modellierungsanalyse des Säulendrehmoments, des Motordrehmoments und des Schätzfehlers des Winkels des Ritzelgetriebes schätzen (S520).
In dem Vorgang S520 kann wenigstens einer bzw. eine von der Zahnstangenkraft, dem Winkel des Ritzelgetriebes oder der Winkelgeschwindigkeit des Ritzelgetriebes unter Verwendung der Schätzfunktion, die mit der Gleichung 7 angelegt wird, geschätzt werden.
6A und 6B sind Ansichten, die ein Beispiel für das Erläutern des Betriebs der Steuereinheit in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulichen.
Unter Bezugnahme auf 6A und 6B kann die Steuereinheit in Übereinstimmung mit der Ausführungsform dann, wenn die Zahnstangenkraft des Fahrzeug wie in 6A gezeigt geschätzt wird, einen Hilfsstrom, wie dies in 6B gezeigt ist, an einen Lenkungsmotor auf der Grundlage der geschätzten Zahnstangenkraft anlegen, um dadurch die Lenkvorrichtung zu steuern. Das heißt, der Hilfsstrom proportional zu der Zahnstangenkraft wird an den Lenkungsmotor angelegt, um dadurch die Zahnstangenkraft zu kompensieren, so dass der Fahrer die Lenkungsbedienungsvorrichtung leicht bedienen kann.
Aber wie in der Zeichnung gezeigt ist, kompensiert die typische Steuereinheit in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform nicht die Fahrbahnoberflächeninformationen, die in der geschätzten Zahnstangenkraft von 6A enthalten sind. Dies kann bedingt sein durch die Dämpfung, die durch die Säulenfeder verursacht wird, die zwischen der Lenkungsbedienungsvorrichtung und der Zahnstangenkraft positioniert ist, und es kann bedingt sein durch die Trägheit, die in der Lenkungsbedienungsvorrichtung existiert.
7A, 7B und 7C sind Ansichten, die ein Beispiel für das Erläutern des Betriebs der Steuereinheit in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform veranschaulichen.
Unter Bezugnahme auf 7A, 7B und 7C kann die Zahnstangenkraft-Schätzungseinheit die Zahnstangenkraft des Fahrzeugs wie in 7A gezeigt schätzen, und die Steuereinheit kann die Fahrbahnoberflächeninformationen, die in der Zahnstangenkraft enthalten sind, wie in 7B gezeigt auf der Grundlage der Fahrbahnoberflächenfrequenz schätzen, die von der Frequenzschätzungseinheit geschätzt wird.
Kurz gesagt kann die Steuereinheit die Fahrbahnoberflächeninformationen, die in der geschätzten Zahnstangenkraft enthalten sind (7A), wie in 7B gezeigt schätzen, indem sie ein Bandpassfilter verwendet, das einen Frequenzbereich hat, der die von der Frequenzschätzungseinheit geschätzte Fahrbahnoberflächenfrequenz einschließt.
Danach kann die Steuereinheit einen Hilfsstrom wie in 7C gezeigt an den Lenkungsmotor auf der Grundlage der geschätzten Zahnstangenkraft (7A) und auf der Grundlage der geschätzten Fahrbahnoberflächeninformationen (7B), die in der Zahnstangenkraft enthalten sind, anlegen, um dadurch die Lenkvorrichtung zu steuern. Das heißt, der Hilfsstrom proportional zu der Zahnstangenkraft wird an den Lenkungsmotor angelegt, um dadurch die Zahnstangenkraft zu kompensieren, so dass der Fahrer die Lenkvorrichtung leicht bedienen kann. Außerdem kann der Hilfsstrom, der an den Lenkungsmotor angelegt wird, die geschätzten Fahrbahnoberflächeninformationen (7B) enthalten, so dass der Fahrer ein Gefühl, wie etwa die Vibration, die durch die Fahrbahnoberflächeneigenschaften verursacht wird, haben kann.
6A und 6B sowie 7A, 7B und 7C zeigen Beispiele der Fahrbahnoberflächeninformationen für einen spezifischen Frequenzbereich von 20 [Hz] bis 30 [Hz], und der Betrieb kann in anderen Frequenzen anders sein.
Im Folgenden wird kurz ein Lenkungssteuerungsverfahren beschrieben werden, das von der Lenkungssteuerungsvorrichtung durchgeführt wird, die unter Bezugnahme auf 1 bis 7 beschrieben worden ist.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Lenkungssteuerungsverfahren in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf 8 kann das Lenkungssteuerungsverfahren in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform Folgendes umfassen: einen Erfassungsvorgang S800 zum Erfassen des Winkels des Ritzelgetriebes, das in dem Vorderrad positioniert ist, eines Säulendrehmoments und eines Motorstroms; einen Frequenzschätzungsvorgang S810 zum Schätzen der Fahrbahnoberflächenfrequenz der Straße, auf der gefahren wird, auf der Grundlage von wenigstens einem von dem Winkel des Ritzelgetriebes, dem Säulendrehmoment oder dem Motorstrom; einen Zahnstangenkraft-Schätzungsvorgang S820 zum Schätzen einer Zahnstangenkraft auf der Grundlage von wenigstens einem von dem Winkel des Ritzelgetriebes, dem Säulendrehmoment oder dem Motorstrom; und einen Steuervorgang S830 zum Steuern der Lenkvorrichtung durch das Einbeziehen darüber hinaus der Fahrbahnoberflächenfrequenz.
In dem Erfassungsvorgang S800 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform kann der Winkel des Ritzelgetriebes durch das Erfassen einer spezifischen Markierung auf einem der Ritzelgetriebe erfasst werden. Außerdem kann in dem Erfassungsvorgang S800 das Säulendrehmoment durch das Erfassen einer Neigung des Torsionsstabs erfasst werden, und der Motorstrom kann durch das Erfassen der Spannung, die durch den Motorstrom erzeugt wird, erfasst werden.
Die oben beschriebene Ausführungsform ist lediglich ein Beispiel, und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Das heißt, der Winkel des Ritzelgetriebes, das Säulendrehmoment oder der Motorstrom können unter Verwendung einer bestimmten Sensoreinrichtung oder durch das Verwenden eines bestimmten Verfahrens erfasst werden.
In dem Frequenzschätzungsvorgang S810 des Lenkungssteuerungsverfahrens in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform kann die Fahrbahnoberflächenfrequenz über die Straße, auf der gefahren wird, auf der Grundlage von wenigstens einem von dem Winkel des Ritzelgetriebes, dem Säulendrehmoment oder dem Motorstrom geschätzt werden. Die Fahrbahnoberflächenfrequenz kann eine Dominantfrequenz sein.
Wenn das Fahrzeug zum Beispiel auf der nicht gepflasterten Straße fährt, kann das Fahrzeug mit einem Wackeln konfrontiert werden, das durch die nicht gepflasterte Straße verursacht wird (im Folgenden Fahrbahnoberflächeninformationen genannt). Einige der Fahrbahnoberflächeninformationen können zu dem Ritzelgetriebe, der Säule und dem Motor (Elektromotor) übertragen werden, so dass der Winkel des Ritzelgetriebes, ein Säulendrehmoment und ein Motorstrom, die die Fahrbahnoberflächeninformationen enthalten, in dem Erfassungsvorgang S800 erfasst werden können.
In der obigen Situation kann in dem Frequenzschätzungsvorgang S810 wenigstens einer bzw. eines von dem Winkel des Ritzelgetriebes, dem Säulendrehmoment und dem Motorstrom, die die Fahrbahnoberflächeninformationen enthalten, an ein Tiefpassfilter (TPF) angelegt werden, um dadurch wenigstens einen bzw. eines von dem Winkel des Ritzelgetriebes, dem Säulendrehmoment oder dem Motorstrom mittels der Fahrbahnoberflächeninformationen auszuwählen. Das heißt, das Tiefpassfilter kann anstatt des Winkels des Ritzelgetriebes, des Säulendrehmoments oder des Motorstroms durch die Fahrbahnoberflächeninformationen einen Winkel des Ritzelgetriebes, ein Säulendrehmoment und einen Motorstrom auf der Grundlage einer Grenzfrequenz blockieren.
Die Grenzfrequenz des oben genannten Tiefpassfilters kann anstatt eines exakten Werts ein Näherungswert sein, der durch Experimente berechnet wird.
Danach kann in dem Frequenzschätzungsvorgang S810 die Fahrbahnoberflächenfrequenz durch die Verwendung eines aktiven Kerbfilters in Echtzeit in Bezug auf wenigstens einen bzw. eines von dem Winkel des Ritzelgetriebes, dem Säulendrehmoment oder dem Motorstrom mittels der Fahrbahnoberflächeninformationen, die ausgewählt wurden, geschätzt werden.
In dem Zahnstangenkraft-Schätzungsvorgang S820 des Lenkungssteuerungsverfahrens in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform kann die Zahnstangenkraft, die eine externe Kraft ist, die von den Fahrzeugrädern her angelegt wird, auf der Grundlage der Modellierungsanalyse von wenigstens einem von dem Winkel des Ritzelgetriebes, dem Säulendrehmoment oder dem Motordrehmoment, der bzw. das in dem Erfassungsvorgang S800 erfasst worden ist, geschätzt werden.
Der Zahnstangenkraft-Schätzungsvorgang S820 kann zum Beispiel Folgendes umfassen: das Berechnen eines Motordrehmoments auf der Grundlage des Motorstroms, der in dem Erfassungsvorgang S800 erfasst wird; das Berechnen eines Winkelschätzfehlers des Ritzelgetriebes durch das Subtrahieren des geschätzten Winkels des Ritzelgetriebes, der in dem Zahnstangenkraft-Schätzungsvorgang S820 geschätzt wird, von dem Winkel des Ritzelgetriebes, der in dem Erfassungsvorgang S800 erfasst wird; und das Schätzen von wenigstens einem bzw. einer von der Zahnstangenkraft, dem geschätzten Winkel des Ritzelgetriebes oder der geschätzten Winkelgeschwindigkeit des Ritzelgetriebes auf der Grundlage der Modellierungsanalyse des Säulendrehmoments, des Motordrehmoments und des Winkelschätzfehlers des Ritzelgetriebes.
Die Modellierungsanalyse der Lenkungssteuerungsvorrichtung wird auf der Grundlage des Ritzelgetriebes durchgeführt. Gemäß der ersten Modellierungsanalyse, die in Bezug auf den Lenkungsbedienungsvorrichtungsabschnitt durchgeführt wird, der das Ritzelgetriebe nicht einschließt, kann dann, wenn ein Antriebsmoment in die Lenkungsbedienungsvorrichtung eingegeben wird, eine Dämpfung in der Lenkungsbedienungsvorrichtung existieren, die die Trägheit und die Vibration der Lenkungsbedienungsvorrichtung absorbiert und unterdrückt, und kann eine Kraft, die von dem Unterschied der Winkel zwischen der Lenkungsbedienungsvorrichtung und dem Ritzelgetriebe abhängt, mittels des Torsionsstabs, der mit der Achse der Lenkungsbedienungsvorrichtung verbunden ist, existieren. Das heißt, die erste Beziehungsgleichung kann mittels der ersten Modellierungsanalyse auf der Grundlage der oben beschriebenen Beziehung erhalten werden.
In ähnlicher Weise wird die Modellierungsanalyse der Lenkungssteuerungsvorrichtung auf der Grundlage des Ritzelgetriebes durchgeführt. Gemäß der zweiten Modellierungsanalyse, die in Bezug auf den Motor durchgeführt wird, der das Ritzelgetriebe enthält, kann eine Dämpfung existieren, die die Vibration zwischen dem Motor, der als ein Motordrehmoment arbeitet, und einem Riemen, der eine Verbindung zu einer Spindelmutter vorsieht, und die Trägheit der Spindelmutter absorbiert und unterdrückt, und kann eine Dämpfung der Spindelmutter existieren. Außerdem kann das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Motor und dem Riemen, das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Riemen und der Spindelmutter und das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Zahnstangenstab und dem Ritzelgetriebe an alle von diesen angelegt werden. Das heißt, die zweite Beziehungsgleichung kann mittels der zweiten Modellierungsanalyse auf der Grundlage der oben beschriebenen Beziehung erhalten werden.
In dem Zahnstangenkraft-Schätzungsvorgang S820 kann wenigstens einer bzw. eine von der zweiten Zahnstangenkraft, dem geschätzten Winkel des Ritzelgetriebes oder der geschätzten Winkelgeschwindigkeit des Ritzelgetriebes unter Verwendung der Zustandsgleichung geschätzt werden, die auf der Grundlage der ersten Beziehungsgleichung und der zweiten Beziehungsgleichung mittels der Modellierungsanalyse der oben beschriebenen Lenkungssteuerungsvorrichtung berechnet wird. Das heißt, die Zahnstangenkraft kann ein Wert sein, der durch das Anlegen der Modellierungsanalyse geschätzt wird.
In dem Steuervorgang S830 des Lenkungssteuerungsverfahrens in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform können Fahrbahnoberflächeninformationen, die in der Zahnstangenkraft enthalten sind, die in dem Zahnstangenkraft-Schätzungsvorgang S820 auf der Grundlage der Fahrbahnoberflächenfrequenz geschätzt wird, die in dem Frequenzschätzungsvorgang S810 geschätzt wird, extrahiert werden, um dadurch die Lenkvorrichtung auf der Grundlage der Fahrbahnoberflächeninformationen und der Zahnstangenkraft zu steuern.
Wenn die Lenkvorrichtung auf der Grundlage lediglich der geschätzten Zahnstangenkraft gesteuert wird, können einige der Fahrbahnoberflächeninformationen über die Straße, auf der gefahren wird, durch die Säulenfeder oder die Trägheit des Lenkrads entfernt werden, so dass der Fahrer zum Teil ein unerwünschtes Gefühl haben kann, anstatt dass er ein erwünschtes Gefühl hat, während er auf der Straße fährt. Das erwünschte Gefühl kann sich auf ein Gefühl der Fahrbahnoberflächeninformationen in einem spezifischen Frequenzbereich von 20[Hz] bis 30 [Hz] beziehen.
Im Gegensatz dazu kann der Fahrer dann, wenn die Lenkvorrichtung in dem Steuervorgang S830 auf der Grundlage der Fahrbahnoberflächeninformationen und der Zahnstangenkraft in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform gesteuert wird, ein erwünschtes Gefühl durch die Fahrbahnoberflächeninformationen ohne ein unerwünschtes Gefühl haben. Das heißt, der Steuervorgang S830 kann einen Teil der Fahrbahnoberflächeninformationen, der durch die Säulenfeder oder die Trägheit des Lenkrads entfernt wird, kompensieren, um dadurch die Lenkvorrichtung zu steuern.
Wenn die Fahrbahnoberflächenfrequenz, die in dem Frequenzschätzungsvorgang S830 geschätzt wird, zum Beispiel zu dem Frequenzbereich von 20 [Hz] bis 30 [Hz] gehört, kann der Steuervorgang S830 die Lenkvorrichtung so steuern, dass die extrahierten Fahrbahnoberflächeninformationen reflektiert werden, um dadurch die Bewegung mittels der Fahrbahnoberflächeninformationen der Lenkungsbedienungsvorrichtung bereitzustellen.
Im Gegensatz dazu kann der Steuervorgang S830 dann, wenn die Fahrbahnoberflächenfrequenz, die in dem Frequenzschätzungsvorgang S810 geschätzt wird, nicht zu dem Frequenzbereich von 20 [Hz] bis 30 [Hz] gehört, die Lenkvorrichtung so steuern, dass die extrahierten Fahrbahnoberflächeninformationen nicht reflektiert werden, um dadurch die Bewegung mittels der Fahrbahnoberflächeninformationen, die der Lenkungsbedienungsvorrichtung teilweise bereitgestellt werden, zu beseitigen.
Des Weiteren kann das Lenkungssteuerungsverfahren Vorgänge ausführen, die von der Lenkungssteuerungsvorrichtung durchgeführt werden, die auf der Grundlage von 1 bis 7 beschrieben ist.
Auch wenn alle Elemente, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bilden, vorstehend als zu einer einzigen Einheit kombiniert oder so kombiniert beschrieben worden sind, dass sie als eine einzige Einheit operativ betrieben werden können, ist die vorliegende Erfindung nicht zwangsläufig auf eine solche Ausführungsform beschränkt. Das heißt, dass wenigstens zwei Elemente von allen strukturellen Elementen selektiv kombiniert und betrieben werden können, ohne dass von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Die obigen Ausführungsformen sind lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung der technischen Idee der vorliegenden Erfindung beschrieben worden, und den Fachleuten auf dem Gebiet wird klar sein, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen möglich sind, ohne dass vom Umfang und dem Erfindungsgedanken der Erfindung abgewichen wird. Der Schutzumfang der oben beschriebenen Ausführungsformen ist auf der Basis der beigefügten Patentansprüche so auszulegen, dass der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung alle technischen Ideen, die in den Schutzumfang fallen und äquivalent zu den Patentansprüchen sind, abdeckt.

Claims

Lenkungssteuerungsvorrichtung (100) mit: einer Erfassungseinheit (110), die dafür konfiguriert ist, den Winkel eines Ritzelgetriebes (330), ein Säulendrehmoment (210) und einen Motorstrom zu erfassen; einer Frequenzschätzungseinheit (120), die dafür konfiguriert ist, eine Fahrbahnoberflächenfrequenz, die von der Straße erzeugt wird, auf der das Fahrzeug fährt, auf der Grundlage von wenigstens einem von dem Winkel des Ritzelgetriebes (330), dem Säulendrehmoment (210) oder dem Motorstrom zu schätzen; einer Zahnstangenkraft-Schätzungseinheit (130), die dafür konfiguriert ist, eine Zahnstangenkraft auf der Grundlage von wenigstens einem von dem Winkel des Ritzelgetriebes (330), dem Säulendrehmoment (210) oder dem Motorstrom zu schätzen; und einer Steuereinheit (140), die dafür konfiguriert ist, Fahrbahnoberflächeninformationen, die in der Zahnstangenkraft enthalten sind, auf der Grundlage der Fahrbahnoberflächenfrequenz zu extrahieren, und die dafür konfiguriert ist, eine Lenkvorrichtung auf der Grundlage der Fahrbahnoberflächeninformationen und der Zahnstangenkraft zu steuern; dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzschätzungseinheit (120) die Fahrbahnoberflächenfrequenz unter Verwendung eines aktiven Kerbfilters (230) schätzt.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzschätzungseinheit (120) die Fahrbahnoberflächenfrequenz, die zu dem Säulendrehmoment (210) übertragen wird, unter Verwendung von Änderungsinformationen des Säulendrehmoments (210) in Abhängigkeit von der Zeit schätzt.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderungsinformationen des Säulendrehmoments (210) in Abhängigkeit von der Zeit eine Frequenzkomponente entsprechend der Lenkradbetätigung des Fahrers und eine Fahrbahnoberflächen-Frequenzkomponente enthalten, die durch die Fahrbahnoberfläche erzeugt wird, und die Frequenzschätzungseinheit (120) die Frequenzkomponente entsprechend der Lenkradbetätigung des Fahrers unter Verwendung einer vorbestimmten Grenzfrequenz blockiert, um dadurch die Fahrbahnoberflächenfrequenz zu schätzen.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (140) Fahrbahnoberflächeninformationen, die in der Zahnstangenkraft enthalten sind, unter Verwendung eines Bandpassfilters extrahiert, das einen Frequenzbereich hat, der die Fahrbahnoberflächenfrequenz einschließt.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (140) die Lenkvorrichtung so steuert, dass die Fahrbahnoberflächeninformationen reflektiert werden, um dadurch eine Bewegung mittels der Fahrbahnoberflächeninformationen einer Lenkungsbedienungsvorrichtung (310) bereitzustellen, wenn die Fahrbahnoberflächenfrequenz zu einem spezifischen Frequenzbereich gehört.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (140) die Lenkvorrichtung so steuert, dass die Fahrbahnoberflächeninformationen nicht reflektiert werden, um dadurch eine Bewegung mittels der Fahrbahnoberflächeninformationen, die einer Lenkungsbedienungsvorrichtung (310) teilweise bereitgestellt werden, zu beseitigen, wenn die Fahrbahnoberflächenfrequenz nicht zu einem spezifischen Frequenzbereich gehört.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstangenkraft-Schätzungseinheit (130): ein Motordrehmoment auf der Grundlage des Motorstroms berechnet; einen Winkelschätzfehler des Ritzelgetriebes (330) unter Verwendung des Winkels des Ritzelgetriebes (330) und des geschätzten Winkels des Ritzelgetriebes (330) berechnet; und wenigstens einen bzw. eine von der Zahnstangenkraft, dem geschätzten Winkel des Ritzelgetriebes (330) oder der geschätzten Winkelgeschwindigkeit des Ritzelgetriebes (330) auf der Grundlage der Modellierungsanalyse des Säulendrehmoments (210), des Motordrehmoments und des Winkelschätzfehlers des Ritzelgetriebes (330) schätzt.
Lenkungssteuerungsverfahren, das Folgendes umfasst: Erfassen (S800) des Winkels eines Ritzelgetriebes (330), eines Säulendrehmoments (210) und eines Motorstroms; Schätzen (S810) einer Fahrbahnoberflächenfrequenz, die von der Straße erzeugt wird, auf der das Fahrzeug fährt, auf der Grundlage von wenigstens einem von dem Winkel des Ritzelgetriebes (330), dem Säulendrehmoment (210) oder dem Motorstrom; Schätzen (S820) einer Zahnstangenkraft auf der Grundlage von wenigstens einem von dem Winkel des Ritzelgetriebes (330), dem Säulendrehmoment (210) oder dem Motorstrom; Extrahieren von Fahrbahnoberflächeninformationen, die in der Zahnstangenkraft enthalten sind, auf der Grundlage der Fahrbahnoberflächenfrequenz; und Steuern (S830) einer Lenkvorrichtung auf der Grundlage der Fahrbahnoberflächeninformationen und der Zahnstangenkraft; dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrbahnoberflächenfrequenz unter Verwendung eines aktiven Kerbfilters (230) geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schätzen der Frequenz ein Schätzen der Fahrbahnoberflächenfrequenz, die zu dem Säulendrehmoment (210) übertragen wird, unter Verwendung von Änderungsinformationen des Säulendrehmoments (210) in Abhängigkeit von der Zeit umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuern ein Extrahieren von Fahrbahnoberflächeninformationen, die in der Zahnstangenkraft enthalten sind, unter Verwendung eines Bandpassfilters umfasst, das einen Frequenzbereich hat, der die Fahrbahnoberflächenfrequenz einschließt.