DE102017212199B4

DE102017212199B4 - Lenksteuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102017212199B4
Application number: DE102017212199.8A
Authority: DE
Inventors: Motoaki Kataoka; Yosuke Hirate
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2017-07-17
Publication date: 2021-02-25
Anticipated expiration: 2037-07-18
Also published as: CN107640212A; DE102017212199A1; CN107640212B; US10370029B2; JP6737026B2; JP2018012384A; US20180022384A1

Abstract

Lenksteuerungsvorrichtung, die ein Unterstützungsmoment (Ta) steuert, das von einem Elektromotor (80) ausgegeben wird, der mit einem Lenksystemmechanismus (100) verbunden ist, der ein Lenkmoment (Ts) erzeugt, wobei die Lenksteuerungsvorrichtung aufweist:eine Lastberechnungseinheit (20), die eine Last (Tx), die auf eine Lenkwelle (95) des Lenksystemmechanismus (100) wirkt, schätzt oder erfasst;eine Solllenkmomentberechnungseinheit (40), die ein Solllenkmoment (Ts*), das ein Sollwert des Lenkmomentes (Ts) ist, auf der Grundlage der geschätzten oder erfassten Last (Tx) berechnet;eine Servosteuerung (60), die einen Befehlswert (Ta*) des Unterstützungsmomentes (Ta) derart berechnet, dass eine Drehmomentabweichung (ΔTs), die eine Differenz zwischen dem Lenkmoment (Ts) und dem Solllenkmoment (Ts*) ist, gleich Null ist; undeine Bandkorrektureinheit (30), die ein Bandkorrekturfilter (31) enthält, das eine Komponente eines speziellen Frequenzbandes während eines Rechenprozesses von der Last (Tx) zu dem Solllenkmoment (Ts*) extrahiert und eine Verstärkung einer vorbestimmten Übertragungsfunktion in dem speziellen Frequenzband, das von dem Bandkorrekturfilter (31) extrahiert wird, korrigiert.

Description

HINTERGRUND
[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenksteuerungsvorrichtung sowie ein Lenksteuerungsverfahren zum Steuern eines Unterstützungsmomentes.
[Stand der Technik]
Lenksteuerungsvorrichtungen berechnen eine Unterstützungsgröße durch Steuern oder Regeln eines Lenkmomentes, so dass dieses mit einem Solllenkmoment übereinstimmt, das auf der Grundlage einer Last berechnet wird. Unter den Lenksteuerungsvorrichtungen ist eine Lenksteuerungsvorrichtung bekannt, die die Unterstützungsgröße kompensiert.
Die JP 5533822 B2 offenbart beispielsweise eine Lenksteuerungsvorrichtung, die ein Unterstützungsmoment steuert, das von einem Elektromotor ausgegeben wird, der mit einem Lenksystemmechanismus verbunden ist, der ein Lenkmoment erzeugt, wobei die Lenksteuerungsvorrichtung aufweist: eine Lastberechnungseinheit, die eine Last, die auf eine Lenkwelle des Lenksystemmechanismus wirkt, schätzt oder erfasst; eine Solllenkmomentberechnungseinheit, die ein Solllenkmoment, das ein Sollwert des Lenkmomentes ist, auf der Grundlage der geschätzten oder erfassten Last berechnet; eine Servosteuerung, die einen Befehlswert des Unterstützungsmomentes derart berechnet, dass eine Drehmomentabweichung, die eine Differenz zwischen dem Lenkmoment und dem Solllenkmoment ist, gleich Null ist; und eine Bandkorrektureinheit, die ein Bandkorrekturfilter enthält, das eine Komponente eines speziellen Frequenzbandes während eines Rechenprozesses von dem Solllenkmoment zu einem Basisunterstützungsbefehl extrahiert und eine Verstärkung einer vorbestimmten Übertragungsfunktion in dem speziellen Frequenzband, das von dem Bandkorrekturfilter (31) extrahiert wird, korrigiert. Es werden Basiskompensationsgrößen, die durch mehrere Basiskompensationsgrößenberechnungseinrichtungen berechnet werden, gewichtet und addiert werden. Dadurch wird eine Unterstützungskompensationsgröße erzeugt. Dann wird eine Basisunterstützungsgröße auf der Grundlage der erzeugten Unterstützungskompensationsgröße korrigiert.
Die JP 2015 - 168 346 A offenbart eine elektrische Servolenkvorrichtung, bei der ein im Folgenden als umgekehrter Eingang (Eingang in umgekehrter Richtung) bezeichneter Eingang bzw. Größe, d.h. eine von einem Rad auf ein Lenkrad ausgeübte Größe, die eine Straßenoberflächenreaktionskraft, eine Bremsvibration und Ähnliches enthält, erfasst oder geschätzt wird. Eine Frequenzkomponente eines speziellen Bandes des umgekehrten Eingangs wird extrahiert. Dann wird eine Phase der extrahierten speziellen Frequenzkomponente eingestellt, und es wird eine Kompensationskomponente für eine Unterstützungskomponente auf der Grundlage des umgekehrten Eingangs berechnet. Als Ergebnis wird der umgekehrte Eingang auf einen Lenkmechanismus derart übertragen, dass von dem umgekehrten Eingang Straßenoberflächeninformationen wie beispielsweise eine Straßenoberflächenreaktionskraft als benötigte Informationen verstärkt werden, und Störungen wie beispielsweise Bremsvibrationen als nicht benötigte Informationen gedämpft werden.
In der Vorrichtung, die in der JP 5533822 B2 beschrieben ist, wird das Gewicht in jedem Frequenzband für mehrere Frequenzeigenschaften eingestellt. Als Ergebnis kann eine Charakterisierung eines Fahrzeugs beliebig durchgeführt werden. Um gewünschte Eigenschaften zu erzielen, werden jedoch ein Filter hoher Ordnung ebenso wie ein hohes Niveau beim Entwurf und der Anpassung benötigt. D.h. die Vorrichtung, die in der JP 5533822 B2 offenbart ist, benötigt ein Filter hoher Ordnung zur geeigneten Einstellung einer Gewichtung, um Übertragungskennlinien zu verwirklichen, die mit den Sinnen des Fahrers übereinstimmen. Die Bereitstellung des Filters hoher Ordnung ist schwierig. Sollte das Konzept des Extrahierens einer speziellen Frequenzkomponente eines umgekehrten Eingangs gemäß der JP 2015 - 168 346 A für die Vorrichtung, die in der JP 5533822 B2 offenbart ist, verwendet werden, bleibt jedoch die Tatsache unverändert, dass die Vorrichtung die Unterstützungsgröße kompensiert.
Daher wird, um eine Unterdrückung oder Verwirklichung einer Übertragung von Straßenoberflächeninformationen in einem speziellen Frequenzband durch Änderungen der Unterstützungsgröße zu ermöglichen, ein Modell betreffend die Übertragung von Straßenoberflächeninformationen benötigt. Demzufolge wird eine Phaseneinstellung wie beispielsweise diejenige der Technologie, die in der JP 2015 - 168 346 A offenbart ist, benötigt.
Außerdem stimmen die Frequenz, bei der Übertragungseigenschaften zu ändern sind, und eine Mittenfrequenz eines Bandpassfilters, bei der eine Gewichtung und Addition durchzuführen sind, nicht notwendigerweise überein. Außerdem unterscheidet sich der Grad der Änderung der Übertragungseigenschaften in Abhängigkeit von der Größe der Hauptunterstützungskomponente, das heißt dem Gewicht.
In der Vorrichtung, die in der JP 2015 - 168 346 A beschrieben ist, wird die Kompensationsgröße, die berechnet wird, um nur die benötigte Komponente des umgekehrten Eingangs zu verstärken, zu der Unterstützungskomponente addiert, und das Ergebnis wird auf den Lenkmechanismus übertragen. Wie es beispielsweise in 4 der JP 2014 - 031 103 A offenbart ist, ändern sich die Übertragungseigenschaften (Übertragungskennlinien) von einem Rad auf ein Lenkrad signifikant auf der Grundlage nicht nur der Spezifikationen des Mechanismus, sondern auch der Unterstützungssteuerung. Daher sind ein Phasenentwurf und eine Anpassung bzw. Adaption in Übereinstimmung mit den Sinnen eines Fahrers nicht einfach durchzuführen.
Somit ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Lenksteuerungsvorrichtung zu schaffen, die auf einfache Weise Übertragungseigenschaften (Übertragungskennlinien), die mit den Sinnen bzw. Gefühlen eines Fahrers übereinstimmen, auf der Grundlage von Lastinformationen realisiert. Die Lösung vorstehender Aufgabe erfolgt durch eine Lenksteuerungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Lenksteuerungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenksteuerungsvorrichtung, die ein Unterstützungsmoment steuert bzw. regelt, das von einem Motor ausgegeben wird, der mit einem Lenksystemmechanismus verbunden ist, der ein Lenkmoment erzeugt.
Die Lenksteuerungsvorrichtung enthält eine Lastberechnungseinheit, eine Solllenkmomentberechnungseinheit, eine Servosteuerung und eine Bandkorrektureinheit.
Die Lastberechnungseinheit schätzt oder erfasst eine Last, die auf eine Lenkwelle des Lenksystemmechanismus wirkt bzw. ausgeübt wird.
Die Solllenkmomentberechnungseinheit berechnet ein Solllenkmoment, das ein Sollwert des Lenkmomentes ist, auf der Grundlage der geschätzten oder erfassten Last.
Die Servosteuerung berechnet einen Befehlswert des Unterstützungsmomentes derart, dass eine Drehmomentabweichung, die eine Differenz zwischen dem Lenkmoment und dem Solllenkmoment ist, gleich Null ist. Die Servosteuerung entspricht einer Unterstützungssteuerung gemäß der JP 5533822 B2 .
Die Bandkorrektureinheit enthält ein Bandkorrekturfilter, das eine Komponente eines speziellen Frequenzbandes während eines Prozesses einer Berechnung von der Last zu dem Solllenkmoment extrahiert. Die Bandkorrektureinheit korrigiert eine Verstärkung einer vorbestimmten Übertragungsfunktion in einem Band, das von dem Bandkorrekturfilter extrahiert wird. Als Ergebnis verstärkt oder unterdrückt bzw. dämpft die Bandkorrektureinheit die Übertragungseigenschaften in einem speziellen Band.
Die vorbestimmte Übertragungsfunktion, die beliebig ausgewählt wird, enthält beispielsweise eine Übertragungsfunktion von einem Lenkradmoment auf ein Lenkmoment und Übertragungseigenschaften bzw. Übertragungskennlinien von einem Störmoment von einem Rad auf ein Lenkmoment.
Insbesondere kann die Bandkorrektureinheit zwischen einer Ausgangsseite der Lastberechnungseinheit und einer Eingangsseite der Solllenkmomentberechnungseinheit angeordnet sein. Die Bandkorrektureinheit kann eine Bandkorrektur für die Last durchführen. Alternativ kann die Bandkorrektureinheit auf einer Ausgangsseite der Solllenkmomentberechnungseinheit angeordnet sein. Die Bandkorrektureinheit kann eine Bandkorrektur für das Solllenkmoment durchführen. Bei beiden Aspekten können die Übertragungseigenschaften bzw. Übertragungskennlinien von dem Lenkradmoment auf das Lenkmoment einfach auf gewünschte Eigenschaften bzw. Kennlinien eingestellt werden. Demzufolge können Übertragungseigenschaften, die mit den Sinnen eines Fahrers übereinstimmen, einfach auf der Grundlage von Lastinformationen aktualisiert bzw. verwirklicht werden.
Ein Konzept der vorliegenden Erfindung zielt darauf ab, ein Übertragungsgefühl auf der Grundlage des Übertragungsgefühls, das heißt der sensorischen Erfahrung, in Abhängigkeit von der Weise, wie Lastinformationen als ein Lenkmoment übertragen werden, einzustellen. Als Ergebnis der oben beschriebenen Konfiguration kann die vorliegende Erfindung im Vergleich zu der Lehre der JP 2015 - 168 346 A in günstiger Weise die Übertragungseigenschaften von der Last auf das Lenkmoment beispielsweise durch einfaches Ändern der Verstärkung in einem speziellen Band ändern, ohne eine Phaseneinstellung bzw. Phasenanpassung zu benötigen.
Außerdem verwendet die Bandkorrektureinheit in vorteilhafter Weise eines oder mehrere quadratische Filter (typischerweise Bandpassfilter), die eine Mittenfrequenz in dem speziellen Frequenzband aufweisen, als Bandkorrekturfilter. Als Ergebnis kann noch einfacher auf die Frequenz abgezielt werden, und die Adaption wird erleichtert.
Figurenliste
Es zeigen:

1 ein Gesamtkonfigurationsdiagramm eines elektrischen Servolenksystems;
2 ein Diagramm eines Modells eines Lenksystemmechanismus, das zu steuern ist;
3 ein Konfigurationsdiagramm einer elektronischen Steuereinheit (ECU) (Lenksteuerungsvorrichtung) gemäß einer ersten Ausführungsform;
4 eine Kennlinie einer Beziehung zwischen einer Last und einem Solllenkmoment;
5A und 5B detaillierte Konfigurationsdiagramme einer Bandkorrektureinheit;
6 ein Frequenzkennliniendiagramm eines Bandpassfilters, das als ein Bandkorrekturfilter dient;
7A ein Diagramm von Übertragungskennlinien von einem Lenkradmoment auf ein Lenkmoment gemäß der ersten Ausführungsform, und 7B ein Diagramm der Übertragungskennlinien von einem Lenkradmoment auf ein Lenkmoment gemäß dem Stand der Technik;
8 ein Diagramm der Übertragungskennlinien von einem Lenkradmoment auf ein Lenkmoment, das sich von der ersten Ausführungsform in 7A unterscheidet;
9A ein Diagramm von Übertragungskennlinien von einem Störmoment von einem Rad auf ein Lenkmoment gemäß der ersten Ausführungsform, und 9B ein Diagramm der Übertragungskennlinien von einem Störmoment von einem Rad auf ein Lenkmoment gemäß dem Stand der Technik;
10 ein Diagramm von Übertragungskennlinien von einem Störmoment von einem Rad auf ein Lenkmoment, das sich von der ersten Ausführungsform gemäß 9A unterscheidet;
11 ein Konfigurationsdiagramm der ECU (Lenksteuerungsrichtung) gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
12A und 12B Lissajous-Figuren einer Bandkorrektur gemäß den ersten und zweiten Ausführungsformen.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden mehrere Ausführungsformen einer Lenksteuerungsvorrichtung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Gemäß jeder Ausführungsform wird eine ECU, die als die Lenksteuerungsvorrichtung dient, für ein elektrisches Servolenksystem eines Fahrzeugs verwendet. Die ECU gibt einen Unterstützungsmomentbefehl an einen Motor bzw. Elektromotor aus, der ein Lenkunterstützungsmoment erzeugt. Konfigurationen, die den Ausführungsformen im Wesentlichen gemeinsam sind, weisen dieselben Bezugszeichen auf. Deren Beschreibung wird nicht wiederholt. Außerdem werden im Folgenden die erste Ausführungsform und die zweite Ausführungsform gemeinsam als vorliegende Ausführungsform bezeichnet.
[Konfiguration des elektrischen Servolenksystems]
Wie es in 1 gezeigt ist, verwendet ein elektrisches Servolenksystem 1 einen Motor bzw. Elektromotor 80 zur Unterstützung eines Fahrers beim Betätigen eines Lenkrads 91.
Das Lenkrad 91 ist an einem Ende einer Lenkwelle 92 fixiert. Eine Zwischenwelle 93 ist an dem anderen Ende der Lenkwelle 92 angeordnet. Ein Drehmomentsensor 94 ist zwischen der Lenkwelle 92 und der Zwischenwelle 93 angeordnet. Die Lenkwelle 92 und die Zwischenwelle 93 sind über eine Torsionsstange des Drehmomentsensors 94 verbunden. Im Folgenden wird eine Gesamtwelle von der Lenkwelle 92 über den Drehmomentsensor 94 bis zu der Zwischenwelle 93 als Lenkwellenabschnitt 95 bezeichnet.
Der Drehmomentsensor 94 erfasst ein Lenkmoment Ts. Der Drehmomentsensor 94 weist die Torsionsstange auf, die die Lenkwelle 92 mit der Zwischenwelle 93 verbindet. Der Drehmomentsensor 94 erfasst ein Drehmoment, das auf die Torsionsstange ausgeübt wird, auf der Grundlage eines Torsionswinkels der Torsionsstange. Ein Erfassungswert des Drehmomentsensors 94 wird an die ECU 10 als ein Erfassungswert betreffend das Lenkmoment Ts ausgegeben.
Ein Getriebe 96 ist an einem Endabschnitt der Zwischenwelle 93 auf der dem Drehmomentsensor 94 gegenüberliegenden Seite angeordnet. Das Getriebe 96 enthält ein Zahnrad 961 und eine Zahnstange 962. Das Zahnrad 961 ist in dem Endabschnitt der Zwischenwelle 93 auf der dem Drehmomentsensor 94 gegenüberliegenden Seite angeordnet. Das Zahnrad 961 greift in Zähne der Zahnstange 962 ein. Wenn der Fahrer das Lenkrad 91 dreht, dreht sich das Zahnrad 961 zusammen mit der Zwischenwelle 93. Die Zahnstange 962 bewegt sich in Verbindung mit der Drehung des Zahnrads 961 nach links oder rechts.
Zugstangen 97 sind an beiden Enden der Zahnstange 962 angeordnet. Die Zugstangen 97 bewegen sich zusammen mit der Zahnstange 962 nach links und rechts hin und her. Jede Zugstange 97 ist über einen Spurstangenhebel 98 mit einem Rad 99 verbunden. Die Richtung des Rads 99 ändert sich als Ergebnis eines Ziehens und Stoßens des Spurstangenhebels 98 durch die Zugstange 97.
Der Motor 80 ist beispielsweise ein bürstenloser Dreiphasen-Wechselstrommotor. Der Motor 80 gibt ein Unterstützungsmoment auf der Grundlage einer Ansteuerspannung Vd aus, die von der ECU 10 ausgegeben wird. Das Unterstützungsmoment unterstützt eine Lenkkraft des Lenkrads 91. In dem Fall des Dreiphasen-Wechselstrommotors bezieht sich die Ansteuerspannung Vd auf eine jeweilige Phasenspannung, das heißt eine Spannung einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase. Die Drehung des Motors 80 wird über einen Untersetzungsmechanismus 85 auf die Zwischenwelle 93 übertragen.
Das elektrische Servolenksystem 1, das in 1 gezeigt ist, ist vom Säulenunterstützungstyp, bei dem die Drehung des Motors 80 auf den Lenkwellenabschnitt 95 übertragen wird. Die ECU 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann jedoch auf ähnliche Weise für ein elektrisches Servolenksystem mit Zahnstangenunterstützung oder ein Steer-by-Wire-System (elektrisches Lenksystem) verwendet werden. In dem Steer-by-Wire-System sind das Lenkrad und die gelenkten Räder mechanisch getrennt. Außerdem kann gemäß einer anderen Ausführungsform ein Mehrphasen-Wechselstrommotor, der eine andere Anzahl von Phasen als drei aufweist, oder ein Bürsten-Gleichstrommotor als Lenkunterstützungsmotor verwendet werden.
Der Untersetzungsmechanismus 85 weist ein Schneckenrad 86 und ein Schneckenrad 87 auf. Das Schneckenrad 86 ist an einem Ende einer Drehwelle des Motors 80 angeordnet. Das Schneckenrad 87 ist auf derselben Achse wie die Zwischenwelle 93 im Eingriff mit dem Schneckenrad 86 angeordnet. Als Ergebnis wird die Drehung des Motors 80 auf die Zwischenwelle 93 übertragen. Wenn sich die Zwischenwelle 93 als Ergebnis der Lenkung des Lenkrads 91 oder durch eine Reaktionskraft von einer Straßenoberfläche dreht, wird die Drehung über den Untersetzungsmechanismus 85 auf den Motor 80 übertragen. Der Motor 80 dreht sich dadurch.
Hier wird ein Gesamtmechanismus von dem Lenkrad 91 bis zu den Rädern 99, mit dem die Lenkkraft des Lenkrads 91 übertragen wird, als Lenksystemmechanismus 100 bezeichnet. Die ECU 10 steuert das Lenkmoment Ts, das von dem Lenksystemmechanismus 100 erzeugt wird, durch Steuern des Unterstützungsmomentes, das von dem Motor 80 ausgegeben wird, der mit dem Lenksystemmechanismus 100 verbunden ist. Wie es in 3 gezeigt ist, werden hier der Motor 80 und der Lenksystemmechanismus 100 als gesteuertes Objekt 110 der ECU 10 betrachtet. Außerdem ist ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 71 in einem vorbestimmten Abschnitt des Fahrzeugs angeordnet. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 71 erfasst eine Fahrzeuggeschwindigkeit V.
Die ECU 10 wird mittels elektrischer Energie, die sie von einer bordeigenen Batterie (nicht gezeigt) empfängt, betrieben. Die ECU 10 berechnet einen Unterstützungsmomentbefehl Ta* (Befehlswert des Unterstützungsmomentes) auf der Grundlage des Lenkmomentes Ts, das von dem Drehmomentsensor 94 erfasst wird, der Fahrzeuggeschwindigkeit V, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 71 erfasst wird, und Ähnlichem. Dann legt die ECU 10 die Ansteuerspannung Vd, die auf der Grundlage des Unterstützungsmomentbefehls Ta* berechnet wird, an den Motor 80 an, wodurch bewirkt wird, dass der Lenksystemmechanismus 100 das Lenkmoment Ts erzeugt.
Die verschiedenen Rechenprozesse, die von der ECU 10 durchgeführt werden, können Softwareprozesse sein, die von einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) verwirklicht werden, auf der Programme ablaufen, die im Voraus in einer Speichervorrichtung wie beispielsweise einem Nur-Lese-Speicher (ROM) gespeichert werden. Alternativ können die verschiedenen Rechenprozesse durch Hardwareprozesse verwirklicht werden, die durch zugehörige elektronische Schaltungen durchgeführt werden.
Es wird Bezug auf 2 genommen. 2 ist ein Diagramm eines Modells des elektrischen Servolenksystems 1. Das Modell in 2 enthält einen Lenkradabschnitt H, der dem Lenkrad 91 entspricht, einen Säulenabschnitt C und einen Lastabschnitt L, der mit dem Rad 99 verbunden ist. Ein Lenkradmoment Th wird in den Lenkradabschnitt H eingegeben.
Der Lenkradabschnitt H und der Säulenabschnitt C sind mittels eines Federelementes SP₁ verbunden. Das Federelement SP₁ weist einen Torsionsfederkoeffizienten K₁ auf und entspricht der Torsionsstange des Drehmomentsensors 94. Die ECU 10 erlangt das Lenkmoment Ts, das auf der Grundlage der Torsion der Torsionsstange erfasst wird. Das Unterstützungsmoment Ta, das von dem Motor 80 auf der Grundlage eines Befehls von der ECU 10 ausgegeben wird, wirkt auf den Säulenabschnitt C.
Der Säulenabschnitt C und der Lastabschnitt L sind mittels eines Federelementes SP₂ verbunden. Das Federelement SP₂ weist einen Torsionsfederkoeffizienten K₂ auf und entspricht der Zwischenwelle 93. Ein Selbstausrichtungsmoment SAT wird in den Lastabschnitt L von der Seite des Rads 99 eingegeben. Außerdem kann ein Störungsmoment von dem Rad 99 in den Lastabschnitt L eingegeben werden.
Weiterhin bezeichnet das Symbol J ein Trägheitsmoment, das Symbol C bezeichnet einen viskosen Reibungskoeffizienten, das Symbol F bezeichnet eine statische Reibungskraft und das Symbol θ bezeichnet einen Drehwinkel. Die Indizes 1, 2 und 3 der jeweiligen Symbole geben jeweils an, dass die Größe dem Lenkradabschnitt H, dem Säulenabschnitt C oder dem Lastabschnitt L zugeordnet ist.
In diesem Modell wird eine Last Tx durch die folgende Formel 1 ausgedrückt. $\begin{array}{l} T_{x} = T_{s} + T_{a} \\ = S A T + J_{2} {\ddot{θ}}_{2} + C_{2} {\dot{θ}}_{2} + J_{3} {\ddot{θ}}_{3} + C_{3} {\dot{θ}}_{3} + F_{2} sgn ({\dot{θ}}_{2}) + F_{3} sgn ({\dot{θ}}_{3}) \end{array}$
Das heißt, die Last Tx wird durch eine Summe aus dem Lenkmoment Ts und dem Unterstützungsmoment Ta ausgedrückt. Das Lenkmoment Ts kann ein Solllenkmoment Ts* sein, das von der ECU 10 berechnet wird, oder kann der Erfassungswert des Drehmomentsensors 94 sein. Das Unterstützungsmoment Ta kann der Unterstützungsmomentbefehl Ta* sein, der von der ECU 10 berechnet wird, oder kann ein tatsächliches Drehmoment des Motors 80 sein. Außerdem ist eine Hauptkomponente der Last Tx das Selbstausrichtungsmoment SAT.
Die ECU 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält eine Bandkorrektureinheit. Die Bandkorrektureinheit korrigiert eine Verstärkung der Übertragungskennlinie in einem speziellen Frequenzband in dem Rechenprozess von der Last Tx zu dem Solllenkmoment Ts*. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, auf einfache Weise auf der Grundlage von Informationen über die Last Tx mittels einer Bandkorrektur, die von der Bandkorrektureinheit durchgeführt wird, Übertragungskennlinien zu verwirklichen, die mit den Sinnen des Fahrers übereinstimmen.
Das heißt, im Vergleich zu der Technologie, die in der JP 2015 - 168 346 A offenbart ist, ist es nicht das Ziel der vorliegenden Ausführungsform, einfach zwischen benötigten Informationen und nicht benötigten Informationen des umgekehrten Eingangs zu unterscheiden. Die Last Tx enthält zusätzlich zu dem Selbstausrichtungsmoment SAT, das die Hauptkomponente ist, die Dynamik des mechanischen Systems, die sich in Abhängigkeit von der Lenkung ändert. Das Konzept gemäß der vorliegenden Ausführungsform zielt darauf ab, ein Übertragungsgefühl auf der Grundlage des Übertragungsgefühls, das heißt der sensorischen Erfahrung in Abhängigkeit von der Weise, wie die Informationen des umgekehrten Eingangs übertragen werden, einzustellen.
[Konfiguration der ECU und Wirkungen]
Im Folgenden werden spezielle Konfigurationen und Wirkungen der ECU 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Die ECU 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird auf der Grundlage der Position, bei der die Bandkorrektureinheit angeordnet ist, grob in die ECU 10 gemäß der ersten Ausführungsform und die ECU 10 gemäß der zweiten Ausführungsform unterteilt. Im Folgenden werden gemäß der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform jeweils die Zahlen 1 und 2 als dritte Ziffer zu 10 als Bezugszeichen der ECU 10 hinzugefügt. Die ECU 101 und die ECU 102 werden in dieser Reihenfolge beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
Im Folgenden wird die erste Ausführungsform mit Bezug auf die 3 bis 8 beschrieben.
Wie es in 3 gezeigt ist, enthält die ECU 101 gemäß der ersten Ausführungsform eine Schätzlastberechnungseinheit 20, eine Solllenkmomentberechnungseinheit 40, einen Abweichungsrechner 59, eine Servosteuerung 60, eine Stromrückkopplungseinheit 70 (Rückkopplung: FB) und Ähnliches. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfasst die Schätzlastberechnungseinheit 20, die als eine Lastberechnungseinheit dient, nicht direkt die Last, sondern berechnet stattdessen die Last Tx mittels Schätzung. Im Folgenden werden daher die Last als auch die geschätzte Last (Schätzlast) mit dem Bezugszeichen Tx bezeichnet, da beide auf dieselbe Weise verwendet werden bzw. werden können.
Außerdem ist gemäß der ersten Ausführungsform eine Bandkorrektureinheit 30 zwischen einer Ausgangsseite der Schätzlastberechnungseinheit 20 und einer Eingangsseite der Solllenkmomentberechnungseinheit 40 angeordnet.
Die Schätzlastberechnungseinheit 20 enthält einen Addierer 21 und ein Tiefpassfilter (LPF) 22. In dem Beispiel, das in 3 gezeigt ist, addiert der Addierer 21 den Unterstützungsmomentbefehl Ta* und das Solllenkmoment Ts*. Das Tiefpassfilter 22 extrahiert eine Komponente einer vorbestimmten Frequenz wie beispielsweise ein Band von 10 Hz und höher, aus der Summe aus dem Unterstützungsmomentbefehl Ta* und dem Solllenkmoment Ts*. Die Schätzlastberechnungseinheit 20 gibt die Frequenzkomponente, die von dem Tiefpassfilter 22 extrahiert wird, als Schätzlast (geschätzte Last) Tx aus.
Die Bandkorrektureinheit 30 korrigiert die Verstärkung der Übertragungskennlinie in einem speziellen Frequenzband für die Schätzlast Tx, die von der Schätzlastberechnungseinheit 20 geschätzt wird. Die Bandkorrektureinheit 30 gibt dann eine Post-Bandkorrekturschätzlast Tx# an die Solllenkmomentberechnungseinheit 40 aus. Hier wird # als ein Symbol verwendet, das einen Wert nach der Bandkorrektur angibt. Eine detaillierte Konfiguration der Bandkorrektureinheit 30 wird später genauer beschrieben.
Die Solllenkmomentberechnungseinheit 40 berechnet das Solllenkmoment Ts* auf der Grundlage der eingegebenen Post-Bandkorrekturschätzlast Tx# und der Fahrzeuggeschwindigkeit V. Das Solllenkmoment Ts* ist ein Sollwert des Lenkmomentes Ts.
Insbesondere enthält die Solllenkmomentberechnungseinheit 40 eine Vorzeichenbestimmungseinheit (sgn) 41, eine Absolutwertbestimmungseinheit (|u|) 42, eine Kennlinienbezugseinheit 43 und einen Multiplizierer 44. Hier werden positive und negative Lasten Tx durch eine Drehrichtung des Lenkwellenabschnitts 95 definiert. Eine Kennlinie einer Beziehung zwischen der Last Tx und dem Solllenkmoment Ts* wird symmetrisch in Bezug auf die positive und negative Last Tx eingestellt. Die Kennlinienbezugseinheit 43 nimmt Bezug nur auf den Bereich der positiven Last Tx in der Kennlinie der Beziehung zwischen der Last Tx und dem Solllenkmoment Ts*.
Ein Beispiel der Solllenkmomentkennlinie, auf die von der Kennlinienbezugseinheit 43 Bezug genommen wird, ist in 4 gezeigt. Das Solllenkmoment Ts* weist eine positive Korrelation zu der Last Tx auf. Das Solllenkmoment Ts* erhöht sich logarithmisch, wenn sich die Last Tx erhöht. Ein Gradient Ktx einer Tangente an einem jeweiligen Betriebspunkt auf der Kennlinie ist größer, wenn der Betriebspunkt näher bei dem Ursprung liegt. Der Gradient Ktx wird weniger groß, wenn die Last Tx höher bzw. größer ist.
Die Vorzeichenbestimmungseinheit 41 bestimmt, ob die eingegebene Post-Bandkorrekturschätzlast Tx# positiv oder negativ ist, das heißt sie bestimmt das Vorzeichen auf der Grundlage der Drehrichtung des Lenkwellenabschnitts 95. Die Absolutwertbestimmungseinheit 42 bestimmt einen Eingang |u|, das heißt einen Absolutwert der Post-Bandkorrekturschätzlast Tx#. Dann multipliziert der Multiplizierer 44 den Absolutwert des Solllenkmomentes Ts*, auf das von der Kennlinienbezugseinheit 43 auf der Grundlage des Absolutwertes der Post-Bandkorrekturschätzlast Tx# Bezug genommen wird, mit dem Vorzeichen, das auf der Drehrichtung des Lenkwellenabschnitts 95 basiert.
Der Abweichungsrechner 59 berechnet eine Drehmomentabweichung ΔTs (= Ts* - Ts), die die Differenz zwischen dem Lenkmoment Ts, das von dem Drehmomentsensor 94 erfasst wird, und dem Solllenkmoment Ts* ist.
Die Servosteuerung 60 entspricht einer Unterstützungssteuerung in der JP 5533822 B2 . Die Servosteuerung 60 führt eine Servosteuerung derart durch, dass die Drehmomentabweichung ΔTs gleich Null wird, das heißt, dass das Lenkmoment Ts dem Solllenkmoment Ts* folgt, und berechnet den Unterstützungsmomentbefehl Ta*.
Die Stromrückkopplungseinheit 70 legt die Ansteuerspannung Vd an den Motor 80 derart an, dass ein Unterstützungsmoment, das auf dem Unterstützungsmomentbefehl Ta* basiert, auf den Lenkwellenabschnitt 95, insbesondere weiter in Richtung der Seite des Rads 99 als der Drehmomentsensor 94, ausgeübt wird. Insbesondere enthält die Stromrückkopplungseinheit 70 eine Stromrückkopplungssteuerungsschaltung, eine Ansteuerschaltung und eine Leistungswandlungsschaltung wie beispielsweise einen Inverter.
Die Stromrückkopplungsschaltung berechnet einen Sollstrom, der einer jeweiligen Phase des Motors 80 zuzuführen ist, auf der Grundlage des Unterstützungsdrehmomentbefehls Ta. Die Stromrückkopplungsschaltung führt dann eine Rückkopplung bzw. Rückführung des tatsächlichen Stromes in Bezug auf den Sollstrom durch, wodurch ein jeweiliger Phasenspannungsbefehl berechnet wird. Die Ansteuerschaltung gibt Ansteuersignale zum Betreiben von Schaltern des Inverters mittels Pulsbreitenmodulationssteuerung (PWM-Steuerung) oder Ähnlichem auf der Grundlage der Spannungsbefehle durch. Der Inverter führt Schaltbetriebe auf der Grundlage der Ansteuersignale durch. Der Inverter wandelt dadurch elektrische Leistung, die von einer Batterie oder Ähnlichem eingegeben wird, um und gibt die Ansteuerspannung Vd derart aus, dass das gewünschte Unterstützungsmoment von dem Lenkwellenabschnitt 95 erzeugt wird. Die Technologie hinsichtlich einer derartigen Stromrückkopplungssteuerung ist auf dem Gebiet der Motorsteuerung bekannt. Daher wird deren detaillierte Beschreibung weggelassen.
5 zeigt eine detaillierte Konfiguration der Bandkorrektureinheit 30.
Einfach ausgedrückt enthält die Bandkorrektureinheit 30, wie es in 5A gezeigt ist, ein Bandpassfilter 31, einen Verstärkungsrechner 35 und einen Addierer 38. Das Bandpassfilter 31 dient als ein Bandkorrekturfilter, das eine Komponente eines speziellen Frequenzbandes extrahiert. Die Bandkorrektureinheit 30 korrigiert die Verstärkung einer vorbestimmten Übertragungsfunktion in dem speziellen Frequenzband, das von dem Bandkorrekturfilter extrahiert wird. Hier wird als vorbestimmte Übertragungsfunktion, die beliebig ausgewählt wird, zunächst eine Übertragungsfunktion von dem Lenkradmoment auf das Lenkmoment angenommen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das Bandpassfilter 31 als Bandkorrekturfilter verwendet. Das Bandpassfilter 31 ist ein quadratisches Filter, das eine Mittenfrequenz innerhalb des speziellen Frequenzbandes aufweist. Das Bandpassfilter 31 extrahiert die Frequenzkomponenten des Bandes in der Nähe der Mittenfrequenz und ermöglicht ein Passieren dieser Frequenzkomponenten.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Montage unter Verwendung des quadratischen Filters erleichtert. Außerdem kann aufgrund der Verwendung des quadratischen Filters die zu korrigierende Verstärkung durch eine einzelne Konstante variabel gemacht werden. Das heißt, im Vergleich zu Übertragungsfunktionen hoher Ordnung, die in dem Stand der Technik verwendet werden, beispielsweise in der JP 5533822 B2 , gibt es keine Notwendigkeit, mehrere Rechenkonstanten zu ändern. Daher kann eine Fahrzeugadaption auf einfache Weise durch Änderung der einzelnen Konstante innerhalb des installierten Programms durchgeführt werden. Die Bandkorrektureinheit 30 kann die Verstärkung der Übertragungskennlinie bei mehreren Bändern unter Verwendung von mehreren Bandpassfiltern als Bandkorrekturfilter korrigieren.
6 zeigt ein Beispiel von Filterkennlinien des Bandpassfilters 31 für die Verstärkung und die Phase. Die quadratische Übertragungsfunktion G(s) von diesem Filter wird durch die folgende Formel 2 unter Verwendung der Frequenz ω, der Laplace-Variablen s, und des Dämpfungsverhältnisses ζ ausgedrückt. $G (s) = \frac{2 ζ ω s}{s^{2} + 2 ζ ω s + ω^{2}}$
In dem Beispiel der Kennlinien der 6 liegt die Mittenfrequenz des Bandpassfilters 31 bei etwa 8 Hz. Das heißt, in dem Band von etwa 7 Hz bis 9 Hz ist die Verstärkung im Wesentlichen gleich 0 (dB). Daher ist der Ausgang gleich dem Eingang. In dem Band von etwa 7 Hz und niedriger und in dem Band von etwa 9 Hz und höher verringert sich die Verstärkung in der negativen Richtung von 0 [dB] in dB-Einheiten, wenn die Frequenz weiter von der Mittenfrequenz entfernt liegt. Der Eingang wird somit auf einen niedrigen Pegel unterdrückt bzw. gedämpft. In Richtung der niedrigeren Frequenzseite von der Mittenfrequenz konvergiert die Phase auf +90 [Grad]. In Richtung der höheren Frequenzseite von der Mittenfrequenz konvergiert die Phase auf -90 [Grad].
Hier entspricht die Frequenz von 8 Hz einer Frequenz von einer oberen Federresonanzfrequenz, die eine Frequenz von charakteristischen Vibrationen ist, die durch eine Bewegung eines Fahrzeugs verursacht werden, bis zu einer unteren Federresonanzfrequenz, die eine Frequenz von charakteristischen Vibrationen des Rads und eines Aufhängungsmechanismus einer Fahrzeugkarosserie ist. Von der oberen Federresonanzfrequenz bis zu der unteren Federresonanzfrequenz meint einen Bereich, der das Band der oberen Federresonanzfrequenz und das Band der unteren Federresonanzfrequenz enthält.
Insbesondere werden bei einem Aufbau eines allgemeinen Personenkraftfahrzeugs, bei dem die Räder und die Fahrzeugkarosserie mittels des Aufhängungsmechanismus verbunden sind, wenn sich das Fahrzeug als Ergebnis einer Beschleunigung, einem Drehen und der Einwirkung von Stößen von einer Straßenoberfläche bewegt, charakteristische Vibrationen in jeweils der Vorwärts-, Rückwärts-, Quer-, Oben- und Unten-Richtung erzeugt. Die Frequenz der charakteristischen Vibrationen ist die obere Federresonanzfrequenz.
Außerdem bewegen sich die Räder 99, die mittels des Aufhängungsmechanismus an der Fahrzeugkarosserie gehalten werden, und der Lenksystemmechanismus 100 zusammen mit der Fahrzeugkarosserie, wodurch charakteristische Vibrationen erzeugt werden. Die Frequenz dieser charakteristischen Vibrationen ist die untere Federresonanzfrequenz.
Wie es in dem Beispiel der 6 gezeigt ist, reicht die obere Federresonanzfrequenz fres1 im Wesentlichen von 0,7 Hz bis 6 Hz. Die untere Federresonanzfrequenz fres2 reicht im Wesentlichen von 9 Hz bis 20 Hz. Daher wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Frequenzband zwischen der unteren Grenze der oberen Federresonanzfrequenz fres1 und der oberen Grenze der unteren Federresonanzfrequenz fres2, das heißt das Frequenzband in der Nähe von 8 Hz, das Frequenzen enthält, die von 0,7 Hz bis 20 Hz reichen, als das Frequenzband eingestellt, bei dem die Verstärkung zu korrigieren ist.
Die Absätze [0107] und [0108] der JP 5533822 B2 beschreiben beispielsweise, dass ein Reaktionsgefühl eines Verbindungsgliedmechanismus und Ähnlichem von dem Lenkrad auf die Räder durch Korrektur der Eigenschaften einer speziellen Frequenz eingestellt werden kann. Als Ergebnis kann eine Charakterisierung des Fahrzeugs beliebig durchgeführt werden.
Auf ähnliche Weise kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Gefühl einer Verbindung von dem Lenkrad zu den Rädern und der Fahrzeugkarosserie durch geeignete Auswahl einer Frequenz eingestellt werden, bei der eine Einstellung bzw. Anpassung auf der Grundlage der Eigenschaften bzw. Charakteristika des Fahrzeugs durchzuführen ist.
Der Verstärkungsrechner 35 multipliziert den Ausgang des Bandpassfilters 31 mit einer vorbestimmten Verstärkung. Wie es beispielsweise in 5B gezeigt ist, wird der Verstärkungsrechner 35 aus zwei Multiplizierern 36 und 37, die in Serie geschaltet sind, ausgebildet.
Der Multiplizierer 36 multipliziert den Ausgang des Bandpassfilters 31 mit einer Fahrzeuggeschwindigkeitsreaktionsverstärkung Gv. Eine Fahrzeuggeschwindigkeitsreaktionsverstärkungsberechnungseinheit 32 berechnet die Fahrzeuggeschwindigkeitsreaktionsverstärkung Gv auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit V. Als Ergebnis kann die Bandkorrektureinheit 30 die Korrekturgröße der Übertragungsfunktion auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit V einstellen und ein optimales Lenkgefühl auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit V erzeugen.
Der Multiplizierer 37 multipliziert den Ausgang des Bandpassfilters 31 mit einer Gradientenreaktionsverstärkung Gk. Eine Gradientenreaktionsverstärkungsberechnungseinheit 34 berechnet die jeweilige Gradientenreaktionsverstärkung Gk auf der Grundlage des Gradienten Ktx in dem Solllenkmomentkennlinienfeld, der aufeinanderfolgend von der Kennliniengradientenberechnungseinheit 33 berechnet wird.
Gemäß 4 hängt die Änderungsgröße des Solllenkmomentes Ts*, wenn die Last Tx in der Umgebung eines bestimmten Betriebspunktes geändert wird, von dem Gradienten Ktx ab. Das heißt, in einem Bereich, in dem die Last Tx klein ist, ist der Gradient Ktx relativ groß.
Daher ist die Wirkung der Bandkorrektur auf die Schätzlast Tx, das heißt die Größe der Komponente eines vorbestimmten Bandes, die als das Lenkmoment Ts erscheint, groß. Wenn sich die Last Tx erhöht bzw. größer ist, wird bzw. ist der Gradient Ktx kleiner. Die Wirkung der Bandkorrektur auf die Schätzlast Tx verringert sich. Da die Stärke bzw. Größe der Last Tx und die Stärke bzw. Größe des Unterstützungsmomentbefehls Ta* miteinander korrelieren, wird es schwierig, die Wirkung der Bandkorrektur zu erzielen, wenn sich die Unterstützungsgröße erhöht.
Daher wird die Bandkorrekturgröße auf der Grundlage der Gradienten Ktx bei den Betriebspunkten der Last Tx vorzugsweise erhöht, wenn sich der Gradient Ktx verringert. Wie es beispielsweise in der folgenden Formel 3 ausgedrückt ist, kann die Gradientenreaktionsverstärkung Gk eine Quadratwurzel aus einem Kehrwert des Gradienten Ktx sein. $G k = \sqrt{\frac{1}{K t x}}$
Bei der Kehrwertberechnung wird vorzugsweise ein Teilen durch Null verhindert und es werden obere und untere Grenzen auferlegt.
Die Gradientenreaktionsverstärkung Gk, die auf diese Weise erlangt wird, wird mit dem Ausgang des Bandpassfilters 31 multipliziert. Als Ergebnis kann eine Verstärkungsänderung der Übertragungsfunktion von dem Lenkradmoment auf das Lenkrad ausgeglichen bzw. gleich bzw. einheitlich werden. Das heißt, die Bandkorrektureinheit 30 stellt die Größe der Änderung der Verstärkung der Übertragungsfunktion derart ein, dass die Unterschiede in den Gradienten Ktx bei den unterschiedlichen absoluten Lasten Tx ausgeglichen werden. Demzufolge kann der Fahrer ein zufriedenstellendes Gefühl von nahe einer neutralen Position, bei der die Last Tx gleich Null ist, bis zu einem Hochlastlenkbereich haben.
Der Verstärkungsrechner 35 gemäß einer anderen Ausführungsform kann den Ausgang des Bandpassfilters 31 mit der Fahrzeuggeschwindigkeitsreaktionsverstärkung Gv und/oder der Gradientenreaktionsverstärkung Gk multiplizieren. Alternativ kann der Verstärkungsrechner 35 den Ausgang des Bandpassfilters 31 mit einer Reaktionsverstärkung multiplizieren, die auf Eigenschaften basiert, die nicht die Fahrzeuggeschwindigkeit oder der Gradient sind. Außerdem ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein Verfahren beschränkt, bei dem ein Filterausgang mit einer Reaktionsverstärkung multipliziert wird. Die Korrekturgröße der Übertragungsfunktion kann beispielsweise durch Berechnung unter Verwendung einer Kennlinie, die eine Beziehung zwischen einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einem Filterausgang vorgibt, oder Ähnlichem eingestellt werden.
Der Addierer 38 gibt die Post-Bandkorrekturschätzlast Tx#, die durch Addition des Ausgangs des Verstärkungsrechners 35 zu der eingegebenen Schätzlast Tx erhalten wird, aus.
Im Folgenden wird ein spezielles Beispiel der Übertragungskennlinien von dem Lenkradmoment auf das Lenkmoment, die aus der Bandkorrektur resultieren, mit Bezug auf die 7A und 7B beschrieben. Als Vergleich geben die gestrichelten Linien in den 7A und 7B die Übertragungskennlinien an, wenn die Bandkorrektur für die Schätzlast Tx nicht durchgeführt wird.
Die drei Linien entsprechen den unterschiedlichen Gradienten Ktx in dem Solllenkmomentkennlinienfeld der 4. In dem Band von etwa 1 Hz bis 20 Hz erhöht sich die Verstärkung bei derselben Frequenz, wenn sich der Kennliniengradient Ktx erhöht. Insbesondere geben in der Reihenfolge von der höchsten Verstärkung aus die Kennlinien H, M und L die Übertragungskennlinien an, wenn der Kennliniengradient Ktx jeweils 0,25, 0,125 und 0,0625 beträgt.
Hinsichtlich der gestrichelten Kennlinie H überschreitet die Verstärkung 0 [dB] in dem Band von etwa 0,8 Hz bis 9 Hz. Dieses gibt an, dass der Ausgang des Lenkmomentes Ts in Bezug auf den Eingang des Lenkradmomentes Th verstärkt ist. Außerdem fällt die Verstärkung in dem Band von etwa 3 Hz und höher hinsichtlich der gestrichelten Kennlinie M und dem Band von etwa 1 Hz und höher hinsichtlich der gestrichelten Kennlinie L auf unterhalb von 0 [dB] ab. Dieses gibt an, dass der Ausgang des Lenkmomentes Ts in Bezug auf den Eingang des Lenkradmomentes Th gedämpft ist.
Die durchgezogenen Linien in 7A geben die Übertragungskennlinien an, wenn die Bandkorrektureinheit 30 gemäß der ersten Ausführungsform die Bandkorrektur der Schätzlast Tx durchführt. Die durchgezogenen Linien in 7B geben die Übertragungskennlinien an, wenn die Kompensationsgröße zu einem Unterstützungsbefehl addiert wird, der von der Steuerungseinheit (das heißt der Servosteuerung) berechnet wird, und eine Korrektur gemäß der JP 5533822 B2 durchgeführt wird. Die drei Linien H, M und L entsprechen den drei Kennliniengradienten Ktx, die oben beschrieben wurden, ähnlich wie bei den gestrichelten Linien.
Hier wird versucht, die Verstärkung in der Nähe von 8 Hz zu erhöhen und die Übertragung zu verstärken.
Wie es in 7B gezeigt ist, wird bei der Steuerung, die auf dem Stand der Technik basiert, die Mittenfrequenz des Bandpassfilters auf etwa 4 Hz eingestellt, die außerhalb des Ziels von 8 Hz liegt. Als Ergebnis verringert sich unbeabsichtigt die Verstärkung in dem Band von etwa 1 Hz bis 4 Hz, während sich die Verstärkung in dem Band von etwa 4 Hz und höher erhöht. In 7B ist die Erhöhung der Verstärkung durch einen schräg gestrichelten Pfeil angegeben. Die Verringerung der Verstärkung ist durch einen weißen, nicht ausgefüllten Pfeil angegeben. Um derartige Situationen zu verhindern, müssen die Übertragungskennlinien der Servosteuerung unter Verwendung eines Filters hoher Ordnung sehr fein eingestellt werden. Somit wird eine Anpassung schwierig.
Diesbezüglich kann, wie es in 7A gezeigt ist, bei der Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform die Mittenfrequenz des Bandpassfilters zielgerichtet auf 8 Hz eingestellt werden, und zwar für sämtliche Kennlinien H, L und M. Als Ergebnis kann die Verstärkung in dem Band in der Nähe von 8 Hz lokal erhöht werden, während Änderungen der Eigenschaften bzw. der Kennlinie außerhalb des Bandes in der Nähe von 8 Hz unabhängig von der Stärke des Gradienten Ktx gedämpft werden.
Wie es oben beschrieben wurde, können aufgrund dessen, dass die Gradientenreaktionsverstärkung Gk auf größer eingestellt wird, wenn sich der Gradient Ktx verringert, und eine Multiplikation durch den Verstärkungsrechner 35 der Bandkorrektureinheit 30 durchgeführt wird, die Wirkungen der Bandkorrektur sogar in Fällen ausreichend erzielt werden, in denen der Gradient Ktx relativ klein ist. Daher kann die Robustheit in Bezug auf Änderungen der Unterstützungsgröße, die mit Änderungen der Last Tx einhergeht, gewährleistet werden. Weiterhin zeigt 8 ein Beispiel, bei dem die Verstärkung in dem Band in der Nähe von (um) 8 Hz lokal verringert wird und eine Übertragung durch die Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform gedämpft wird.
Im Folgenden wird ein Fall, bei dem die Bandkorrektureinheit 30 die Verstärkung der Übertragungskennlinie von dem Störungsmoment von einem Rad auf das Lenkmoment korrigiert, mit Bezug auf die 9A, 9B und 10 beschrieben.
Die 9A und 9B entsprechen jeweils den 7A und 7B. Die 9A und 9B zeigen jeweils die Übertragungskennlinien gemäß der ersten Ausführungsform und gemäß dem Stand der Technik. Bei der Steuerung, die auf dem Stand der Technik basiert, wie es in 9B gezeigt ist, wird die Mittenfrequenz des Bandpassfilters auf etwa 4 Hz eingestellt, die außerhalb des Ziels von 8 Hz liegt. Als Ergebnis erhöht sich die Verstärkung in dem Band von etwa 4 Hz und höher, und die Verstärkung in dem Band von etwa 1 Hz bis 4 Hz verringert sich. Diesbezüglich wird bei der Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform, wie es in 9A gezeigt ist, die Mittenfrequenz des Bandpassfilters auf 8 Hz als Ziel eingestellt, und die Verstärkung kann lokal erhöht werden. 10 entspricht 8. 10 zeigt ein Beispiel, bei dem die Verstärkung in dem Band in der Nähe von (um) 8 Hz durch die Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform lokal verringert wird.
Wie es oben beschrieben wurde, basiert die vorliegende Ausführungsform auf dem Konzept der Verstärkung-Dämpfung bzw. Erhöhung-Unterdrückung einer Übertragung in einem bestimmten Band, wenn Lastinformationen wie beispielsweise eine Straßenoberflächenreaktionskraft auf den Fahrer übertragen werden. Außerdem wird die Verstärkung der Übertragungskennlinie in einem speziellen Frequenzband in dem Rechenprozess von der Last Tx zu dem Solllenkmoment Ts* korrigiert.
Gemäß der ersten Ausführungsform stimmen das Frequenzband, in dem die Korrektur der Schätzlast Tx durchgeführt wird, und das Frequenzband, in dem die Übertragungskennlinien des Lenksystemmechanismus 100 geändert werden, überein. Daher wird die Adaption erleichtert.
Dieses Konzept unterscheidet sich von demjenigen des Stand der Technik, bei dem die gewünschten Übertragungskennlinien dadurch erhalten werden, dass die Kompensationsgröße zu der Unterstützungsgröße addiert wird, die ein endgültiger Befehlswert ist, und eine Korrektur durchgeführt wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine Korrektur in dem Rechenprozess von der Last Tx zu dem Solllenkmoment Ts* anstatt eine Addition zu einem endgültigen Befehlswert durchgeführt. Als Ergebnis kann die Übertragungsfunktion in günstiger Weise geändert werden, um die Sollübertragungsgröße in dem Sollfrequenzband derart zu verwirklichen, dass diese mit den Sinnen des Fahrers übereinstimmt. Demzufolge wird eine Adaption, die mit den Sinnen übereinstimmt, beispielsweise eine Einstellung des Gefühls einer Verbindung von dem Lenkrad zu den Rädern erleichtert.
(Zweite Ausführungsform)
Im Folgenden wird die zweite Ausführungsform mit Bezug auf die 11 und 12 beschrieben.
Wie es in 11 gezeigt ist, ist die Bandkorrektureinheit 30 in der ECU 102 gemäß der zweiten Ausführungsform auf der Ausgangsseite der Solllenkmomentberechnungseinheit 40 angeordnet. Die Schätzlast Tx, die von der Schätzlastberechnungseinheit 20 berechnet wird, wird unverändert in die Solllenkmomentberechnungseinheit 40 eingegeben.
Die Bandkorrektureinheit 30 korrigiert die Verstärkung des Solllenkmomentes Ts in einem speziellen Frequenzband und gibt ein Post-Bandkorrektursolllenkmoment Ts*# aus. Das Post-Bandkorrektursolllenkmoment Ts*# wird in den Addierer 21 der Schätzlastberechnungseinheit 20 als Informationen zum Berechnen der Schätzlast Tx eingegeben.
Mit anderen Worten, die Übertragungseigenschaften von dem Lenkradmoment auf das Lenkmoment, die in den 7A und 8 gezeigt sind, und die Übertragungseigenschaften von dem Störungsmoment von einem Rad auf das Lenkmoment, die in den 9A und 10 gemäß der ersten Ausführungsform gezeigt sind, erscheinen auf ähnliche Weise bei der zweiten Ausführungsform. Das heißt, die Wirkung der Verstärkung bzw. Erhöhung oder Dämpfung bzw. Verringerung der Verstärkung in einem speziellen Band und die Verwirklichung von Übertragungskennlinien, die mit den Sinnen des Fahrers übereinstimmen, werden auf ähnliche Weise unabhängig von der Position der Bandkorrektureinheit 30 erzielt.
Im Folgenden wird eine detaillierte Auswertung der Übertragungskennlinien bzw. Übertragungseigenschaften gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform mit Bezug auf Simulationsergebnisse, die durch Lissajous-Figuren in den 12A und 12B ausgedrückt sind, beschrieben. Die Lissajous-Figuren drücken eine Beziehung zwischen dem Lenkwinkel und dem Lenkmoment aus, wenn ein Lenken unter den folgenden Bedingungen durchgeführt wird. Eine Sinuslenkung mit ± 20° gegenüber einer neutralen Position des Lenkrads; 0,3 Hz; und eine Fahrt mit hoher Geschwindigkeit. Außerdem beträgt ist Gesamtreaktionsverstärkung in dem Verstärkungsrechner 35 der Bandkorrektureinheit 30 gleich 0,5.
12B ist eine vergrößerte Ansicht in 12A von der Nachbarschaft der neutralen Position, bei der der Lenkwinkel 0 [Grad] beträgt und das Lenkmoment 0 [Nm] beträgt. Die durchgezogene Linie in 12B zeigt die Lissajous-Figur eines Vergleichsbeispiels, bei dem die Bandkorrektur nicht durchgeführt wird. Die gestrichelte Linie zeigt die Lissajous-Figur gemäß der ersten Ausführungsform, bei der die Bandkorrektur für die Schätzlast Tx durchgeführt wird. Die Punkt-Strich-Linie zeigt die Lissajous-Figur gemäß der zweiten Ausführungsform, bei der die Bandkorrektur für das Solllenkmoment Ts* durchgeführt wird.
Wenn das Lenkrad bei der neutralen Position oder in der Nähe von 10 [Grad] gehalten wird, ist der Gradient bei dem Betriebspunkt auf der Kennlinie des Solllenkmomentes Ts* zu diesem Zeitpunkt gleich der Verstärkung. Während des Prozesses des Lenkens bewegt sich der Betriebspunkt von Moment zu Moment. Daher ist der Aspekt des beobachteten Lenkmomentes für die erste Ausführungsform und für die zweite Ausführungsform etwas anders.
In 12B sind die Anstiegsgradienten des Lenkmomentes, wenn ein Lenken von dem neutralen Punkt aus durchgeführt wird, in der Reihenfolge von dem größten Gradienten: Anstiegsgradient gemäß der zweiten Ausführungsform, Anstiegsgradient gemäß der ersten Ausführungsform und Anstiegsgradient des Vergleichsbeispiels. Das heißt, eine nichtlineare Änderung, bei der das Lenkmoment in der frühen Stufe in der Kennlinie des Solllenkmomentes Ts* mit einem großen Gradienten (steil) ansteigt, und der Gradient anschließend sanfter wird, wenn ein Lenken von der neutralen Position aus durchgeführt wird, wird durch ein Differentialelement des Bandpassfilters gemäß der zweiten Ausführungsform betont. Dieses bewirkt, dass ein relativ großes Lenkmoment in der Nähe des Lenkwinkels von 2 bis 3 [Grad] auftritt.
Mit anderen Worten, gemäß der zweiten Ausführungsform wird eine Kennliniengestalt des Solllenkmomentes Ts* zu einer Art von Störung. Das Profil bei einem Peakpunkt bzw. Spitzenpunkt eines transienten Lenkmomentes und dessen Umgebung ändert sich auf der Grundlage (in Abhängigkeit von) der Gestalt.
Die erste Ausführungsform und die zweite Ausführungsform ähneln sich darin, dass in beiden Fällen der Lenkmomentgradient während einer transienten Lenkperiode größer als in dem Vergleichsbeispiel ist. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass gemäß der zweiten Ausführungsform die Kennliniengestalt zu einer (wenn auch leichten) Störung wird, kann gesagt werden, dass die erste Ausführungsform, bei der die Bandkorrektur für die Schätzlast durchgeführt wird, bevorzugt ist. Die Unterschiede in den Eigenschaften auf diesem Niveau können jedoch einfach durch eine Einstellung aufgelöst bzw. beseitigt werden, die durchgeführt wird, um eine Übereinstimmung mit den Sinnen zu bringen und ist kein Thema der tatsächlichen Nutzung.
(Weitere Ausführungsformen)

(1) Als Bandkorrekturfilter der Bandkorrektureinheit 30 wird vorzugsweise das Bandpassfilter (das heißt das quadratische Filter), dessen Mittenfrequenz in dem Band ist, bei dem die Verstärkung zu ändern ist, verwendet, wie es bei den oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wurde. Wenn jedoch die Erleichterung der Adaption und ähnliches kein Thema ist, kann ein Filter höherer Ordnung als Bandkorrekturfilter verwendet werden.
(2) Die Solllenkmomentberechnungseinheit 40 gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen berechnet das Solllenkmoment Ts* in Bezug auf den Absolutwert der Last Tx unter Verwendung nur der Kennlinie des Bereiches, in dem die Last Tx positiv ist, unter der Annahme, dass das Solllenkmoment Ts* symmetrisch in Bezug auf die positive und negative Seite der Last Tx eingestellt wird.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann jedoch die Solllenkmomentberechnungseinheit eine Kennlinie des Solllenkmomentes Ts* für jeweils den positiven Bereich und den negativen Bereich der Last Tx aufweisen. Die Solllenkmomentberechnungseinheit kann das Solllenkmoment Ts* in Bezug auf einen Wert der Last Tx berechnen, die das positive oder negative Vorzeichen aufweist. In diesem Fall können Unterschiede im Lenkgefühl während einer Drehung nach rechts und einer Drehung nach links reflektiert werden, und die Kennliniengestalten für die positiven und negativen Bereiche der Last Tx können etwas asymmetrisch sein.

(3) Als Eingang in den Addierer 21 der Schätzlastberechnungseinheit 20 der 1 gemäß der ersten Ausführungsform kann das Lenkmoment Ts anstelle des Solllenkmomentes Ts* verwendet werden. Außerdem kann ein Erfassungswert des Unterstützungsmomentes anstelle des Unterstützungsmomentbefehls Ta* verwendet werden.

Außerdem kann die Lastberechnungseinheit nicht als Schätzlastberechnungseinheit 20, die die Last Tx schätzt, sondern als Einheit ausgelegt sein, die die Last direkt erfasst.

(4) In 2 der JP 5533822 B2 und Ähnlichem ist beispielsweise eine Konfiguration einer Drehmomentkorrektureinheit beschrieben. Die Drehmomentkorrektureinheit korrigiert das Lenkmoment Ts auf der Grundlage einer Motordrehzahl ω. Die Lenksteuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls eine ähnliche Drehmomentkorrektureinheit enthalten. In diesem Fall kann der Unterstützungsmomentbefehl Ta* in der vorliegenden Beschreibung stattdessen als ein Basisunterstützungsbefehl vor der Addition eines Korrekturmomentes gelesen werden.

Claims

Lenksteuerungsvorrichtung, die ein Unterstützungsmoment (Ta) steuert, das von einem Elektromotor (80) ausgegeben wird, der mit einem Lenksystemmechanismus (100) verbunden ist, der ein Lenkmoment (Ts) erzeugt, wobei die Lenksteuerungsvorrichtung aufweist: eine Lastberechnungseinheit (20), die eine Last (Tx), die auf eine Lenkwelle (95) des Lenksystemmechanismus (100) wirkt, schätzt oder erfasst; eine Solllenkmomentberechnungseinheit (40), die ein Solllenkmoment (Ts*), das ein Sollwert des Lenkmomentes (Ts) ist, auf der Grundlage der geschätzten oder erfassten Last (Tx) berechnet; eine Servosteuerung (60), die einen Befehlswert (Ta*) des Unterstützungsmomentes (Ta) derart berechnet, dass eine Drehmomentabweichung (ΔTs), die eine Differenz zwischen dem Lenkmoment (Ts) und dem Solllenkmoment (Ts*) ist, gleich Null ist; und eine Bandkorrektureinheit (30), die ein Bandkorrekturfilter (31) enthält, das eine Komponente eines speziellen Frequenzbandes während eines Rechenprozesses von der Last (Tx) zu dem Solllenkmoment (Ts*) extrahiert und eine Verstärkung einer vorbestimmten Übertragungsfunktion in dem speziellen Frequenzband, das von dem Bandkorrekturfilter (31) extrahiert wird, korrigiert.
Lenksteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandkorrektureinheit (30) eines oder mehrere quadratische Filter verwendet, die eine Mittenfrequenz in dem speziellen Frequenzband aufweisen.
Lenksteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandkorrektureinheit (30) eine Korrekturgröße (Gv) der Übertragungsfunktion auf der Grundlage einer Fahrzeuggeschwindigkeit (V) einstellt.
Lenksteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandkorrektureinheit (30) eine Korrekturgröße (Gk) der Übertragungsfunktion in dem speziellen Frequenzband auf der Grundlage eines Gradienten (Ktx) einer von der Last (Tx) abhängigen Solllenkmomentkennlinie derart einstellt, dass die Korrekturgröße (Gk) größer ist, wenn der Gradient (Ktx) kleiner ist.
Lenksteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Übertragungsfunktion eine Übertragungsfunktion von einem Lenkradmoment (Th) auf das Lenkmoment (Ts) enthält.
Lenksteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das spezielle Frequenzband zwischen einer oberen Federresonanzfrequenz (fres1) und einer unteren Federresonanzfrequenz (fres2) eines Fahrzeugs eingestellt wird.
Lenksteuerungsverfahren zum Steuern eines Unterstützungsmomentes (Ta), das von einem Elektromotor (80) ausgegeben wird, der mit einem Lenksystemmechanismus (100) verbunden ist, das ein Lenkmoment (Ts) erzeugt, wobei das Lenksteuerungsverfahren aufweist: Schätzen oder Erfassen einer Last (Tx), die auf eine Lenkwelle (95) des Lenksystemmechanismus (100) wirkt, durch eine Lenksteuerungsvorrichtung; Berechnen eines Solllenkmomentes (Ts*), das ein Sollwert des Lenkmomentes (Ts) ist, auf der Grundlage der geschätzten oder erfassten Last (Tx) mittels der Lenksteuerungsvorrichtung; Berechnen eines Befehlswertes (Ta*) des Unterstützungsmomentes (Ta) mittels der Lenksteuerungsvorrichtung derart, dass eine Drehmomentabweichung (ΔTs), die eine Differenz zwischen dem Lenkmoment (Ts) und dem Solllenkmoment (Ts*) ist, gleich Null ist; Extrahieren einer Komponente eines speziellen Frequenzbandes während eines Rechenprozesses von der Last (Tx) zu dem Solllenkmoment (Ts*) mittels eines Bandkorrekturfilters (31), das in der Lenksteuerungsvorrichtung angeordnet ist; und Korrigieren einer Verstärkung einer vorbestimmten Übertragungsfunktion in dem speziellen Frequenzband, das von dem Bandkorrekturfilter (31) extrahiert wird, mittels der Lenksteuerungsvorrichtung.