DE102018216565B4

DE102018216565B4 - Steer-by-wire-system

Info

Publication number: DE102018216565B4
Application number: DE102018216565.3A
Authority: DE
Inventors: Yoshio Kudo
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-10-03
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: US10752287B2; DE102018216565A1; CN109591883A; CN109591883B; US20190100241A1

Abstract

Steer-by-wire-System (1), das in einem Fahrzeug eingebaut ist, wobei das Steer-by-wire-System (1) umfasst:eine Einschlagvorrichtung (40) zum Einschlagen eines Rads (WH) des Fahrzeugs; undeine Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit (100R) zum Regeln einer auf ein Lenkrad (10) ausgeübten Lenkreaktionskraft, wobei:die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit (100R) ausgelegt ist, um eine Mehrzahl von Arten von Achskräften unter Verwendung unterschiedlicher Parameter zu berechnen, eine endgültige Achskraft (AF_F) auf der Grundlage der mehreren Arten von Achskräften zu berechnen und die Lenkreaktionskraft, die der endgültigen Achskraft (AF_F) entspricht, zu erzeugen;die mehreren Arten von Achskräften eine Basis-Achskraft (AF_B), die auf der Grundlage eines Einschlagwinkels (θ) des Rads (WH) oder eines Lenkwinkels (MA) des Lenkrads (10) berechnet wird, und eine Unter-Achskraft (AF_U), die bei einer Untersteuerung (US) kleiner als die Basis-Achskraft (AF_B) ist, umfassen, wobei die Unter-Achskraft (AF_U) gegeben ist durch eine zweite Achskraft (AF2), welche proportional zu einer Gierrate (γ) ist, oder durch eine dritte Achskraft (AF3), welche proportional zu einer Querbeschleunigung (Gy) ist, oder durch eine vierte Achskraft (AF4), welche auf der Grundlage der Querbeschleunigung (Gy) und der Gierrate (γ) berechnet wird, oder durch eine fünfte Achskraft (AF5), welche proportional zu einem Einschlagstrom (Im) ist; unddadurch gekennzeichnet. dass die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit (100R) ausgelegt ist, um einen Untersteuerungsgrad (DUS) zu berechnen, der ein Maß für eine Differenz (δU) zwischen der Basis-Achskraft (AF_B) und der Unter-Achskraft (AF_U) bei der Untersteuerung (US) ist, und um bei der Untersteuerung (US) die endgültige Achskraft (AF_F) auf einen Wert, der um einen Betrag, der dem Untersteuerungsgrad (DUS) entspricht, kleiner als die Basis-Achskraft (AF_B) ist, zu verkleinern.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Steer-by-wire-System.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Ein Steer-by-wire-Fahrzeug ist bekannt. Bei einem Steer-by-wire-Fahrzeug ist ein Einschlagmechanismus zum Einschlagen der Räder mechanisch von einem Lenkrad getrennt. Stattdessen umfasst der Einschlagmechanismus einen Elektromotor. Die Räder werden eingeschlagen, wenn der Elektromotor in Übereinstimmung mit einer Betätigung des Lenkrads angesteuert wird. Um einem Fahrer ein Lenkgefühl zu vermitteln, wird eine Pseudo-Lenkreaktionskraft auf das Lenkrad ausgeübt.
Eine Steer-by-wire-Lenkregelungsvorrichtung ist in der JP 2004-034 923 A ) offenbart, die die Grundlage für den Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche bildet.. Der Einschlagmechanismus umfasst einen Einschlagaktor, der drehende Räder betätigt. Eine Einschlagreaktionskraft wird aufgrund einer Straßenoberflächen-Reaktionskraft oder dergleichen auf den Einschlagmechanismus ausgeübt. Die Einschlagreaktionskraft wird mit Hilfe eines Sensors erfasst, oder die Einschlagreaktionskraft wird mit Hilfe eines Störungsbeobachters geschätzt. Ein Lenkmechanismus umfasst einen Lenkaktor, der eine Lenkreaktionskraft auf das Lenkrad ausübt. Ein Regelungsbetrag des Lenkaktors wird auf der Grundlage eines Lenkmoments, der Einschlagreaktionskraft, einer zeitlichen Ableitung der Einschlagreaktionskraft und dergleichen festgelegt. Damit lehrt diese Druckschrift, bei einem Steer-by-wire-Lenksystem eine Lenkreaktionskraft in Abhängigkeit verschiedener Parameter zu erzeugen.
Aus der DE 103 25 587 A1 ist bekannt, bei einem Steer-by-wire-Lenksystem eine Lenkreaktionskraft als Reaktion auf Untersteuerungs- und/oder Übersteuerungszustände zu regeln. Eine vergleichbare Lehre ist der DE 10 2013 201 207 A1 zu entnehmen. Die DE 10 2010 042 135 A1 offenbart ein Steer-by-wire-Lenksystem, bei welchem z.B. im Falle eines Untersteuerungszustandes eine modellierte Zahnstangenkraft mittels einer Multiplikation mit einem Faktor verringert wird.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In der in der oben beschriebenen JP 2004-034923 offenbarten Technik ist keine Lenkregelung für den Fall berücksichtigt, dass sich ein Fahrzeugzustand in einem kritischen Bereich wie etwa einem Untersteuerungsbereich oder einem Übersteuerungsbereich befindet. Jedoch ist es auch dann, wenn sich der Fahrzeugzustand in dem kritischen Bereich befindet, wünschenswert, ein geeignetes Lenkgefühl zu reproduzieren, das dem Fahrzeugzustand entspricht.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Steer-by-wire-System mit den in Anspruch 1 bzw. Anspruch 9 aufgeführten Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Steer-by-wire-System mit den in Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen.
Gemäß dem ersten Aspekt werden die Basis-Achskraft und die Unter-Achskraft, die bei der Untersteuerung kleiner als die Basis-Achskraft wird, berechnet. Durch Berechnung der Basis-Achskraft und der Unter-Achskraft kann leicht eine Untersteuerung erfasst und der Untersteuerungsgrad berechnet werden. Ferner ist bei einer Untersteuerung die endgültige Achskraft um einen Verkleinerungsbetrag, der dem Untersteuerungsgrad entspricht, kleiner als die Basis-Achskraft. Daher wird bei der Untersteuerung die Lenkreaktionskraft kleiner als die Lenkreaktionskraft, die der Basis-Achskraft entspricht. Somit ist es möglich, das „Lenkkraftverringerungsgefühl“ (d. h. das Gefühl, dass die Lenkkraft kleiner ist) des Fahrers bei der Untersteuerung zu reproduzieren.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Steer-by-wire-System mit den in Anspruch 9 aufgeführten Merkmalen.
Gemäß dem zweiten Aspekt werden die Basis-Achskraft und die Über-Achskraft, die bei einer Übersteuerung größer als die Basis-Achskraft wird, berechnet. Durch Berechnung der Basis-Achskraft und der Über-Achskraft kann leicht eine Übersteuerung erfasst und der Übersteuerungsgrad berechnet werden. Ferner ist bei einer Übersteuerung die endgültige Achskraft um einen Vergrößerungsbetrag, der dem Übersteuerungsgrad entspricht, größer als die Basis-Achskraft. Daher ist bei einer Übersteuerung die Lenkreaktionskraft größer als die Lenkreaktionskraft, die der Basis-Achskraft entspricht. Somit kann das Lenkrad leicht zurückgedreht werden. Das heißt, eine Gegenlenkoperation wird bei einer Übersteuerung unterstützt. Somit ist es für den Fahrer leicht, eine Gegenlenkoperation durchzuführen.
Wie es oben beschrieben ist, kann das Steer-by-wire-System gemäß der obigen Aspekte der Erfindung ein geeignetes Lenkgefühl, das einem Fahrzeugzustand entspricht, reproduzieren. Insbesondere kann selbst dann, wenn sich der Fahrzeugzustand in einem kritischen Bereich wie etwa einem Untersteuerungsbereich oder einem Übersteuerungsbereich befindet, das geeignete Lenkgefühl, das dem Fahrzeugzustand entspricht, erzeugt werden.
Figurenliste
Merkmale, Vorteile sowie die technische und industrielle Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und wobei:

1 ein Blockdiagramm ist, das schematisch ein Konfigurationsbeispiel eines Steer-by-wire-Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ein konzeptionelles Diagramm ist, das eine Unter-Achskraft in der Ausführungsform der Erfindung zeigt;
3 ein konzeptionelles Diagramm ist, das eine fünfte Achskraft als eine der Unter-Achskräfte in der Ausführungsform der Erfindung zeigt;
4 ist ein konzeptionelles Diagramm, das eine Über-Achskraft in der Ausführungsform der Erfindung zeigt;
5 ein Blockdiagramm einer funktionalen Konfiguration einer Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit in dem Steer-by-wire-System gemäß der Ausführungsform der Erfindung ist;
6 eine konzeptionelle Ansicht eines ersten Berechnungsbeispiels einer endgültigen Achskraft in der Lenkreaktionskraftregelung gemäß der Ausführungsform der Erfindung ist;
7 eine konzeptionelle Ansicht eines zweiten Beispiels der Berechnung der endgültigen Achskraft in der Lenkreaktionskraftregelung gemäß der Ausführungsform der Erfindung ist; und
8 eine konzeptionelle Ansicht eines dritten Beispiels der Berechnung der endgültigen Achskraft in der Lenkreaktionskraftregelung gemäß der Ausführungsform der Erfindung ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend ist eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ein Blockdiagramm ist, das schematisch ein Konfigurationsbeispiel eines Steer-by-wire-Systems 1 gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung zeigt. Das Steer-by-wire-System 1 ist in einem Fahrzeug eingebaut und schlägt Räder WH (einschlagende Räder) des Fahrzeugs kabellos bzw. elektrisch (steer-by-wire) ein. Wie es 1 gezeigt ist in, umfasst das Steer-by-wire-System 1 ein Lenkrad 10, eine Lenkwelle 20, einen Reaktionskraftgenerator 30, eine Einschlagvorrichtung 40, Sensoren 51 bis 58 und eine Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 100.
Das Lenkrad 10 ist ein Betätigungselement, das von einem Fahrer zum Lenken verwendet wird. Die Lenkwelle 20 ist mit dem Lenkrad 10 gekoppelt und dreht sich zusammen mit dem Lenkrad 10.
Der Reaktionskraftgenerator 30 übt eine scheinbare oder Pseudo-Lenkreaktionskraft auf das Lenkrad 10 aus. Dieser Reaktionskraftgenerator 30 umfasst einen Reaktionskraftmotor 31 und einen Verzögerungsmechanismus 32. Ein Rotor des Reaktionskraftmotors 31 ist über der Verzögerungsmechanismus 32 mit der Lenkwelle 20 verbunden. Wenn der Reaktionskraftmotor 31 betrieben wird, kann die Pseudo-Lenkreaktionskraft auf die Lenkwelle 20 und auf das Lenkrad 10 ausgeübt werden. Dieser Reaktionskraftmotor 31 wird durch die Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 100 gesteuert.
Die Einschlagvorrichtung 40 schlägt die Räder WH ein. Diese Einschlagvorrichtung 40 umfasst einen Einschlagmotor 41, einen Verzögerungsmechanismus 42, eine Einschlagstange 43 und Spurstangen 44. Ein Rotor des Einschlagmotors 41 ist über der Verzögerungsmechanismus 42 mit der Einschlagstange 43 verbunden. Die Einschlagstange 43 ist über die Spurstangen 44 mit den Rädern WH gekoppelt. Nachfolgend sind die Einschlagstange 43 und Spurstangen 44 zusammen als Einschlagachse 45 bezeichnet. Die Einschlagstange 43 kann für jedes Rad WH vorgesehen sein, und jede Einschlagstange 43 kann über die entsprechende Spurstange 44 mit dem entsprechenden Rad WH gekoppelt sein, so dass jede Einschlagstange 43 und die entsprechende Spurstange 44 zusammen als Einschlagachse 45 bezeichnet werden kann. Der Einschlagmotor 41 ist über der Verzögerungsmechanismus 42 und die Einschlagachse 45 mit den Rädern WH verbunden. Wenn sich der Einschlagmotor 41 dreht, wird seine Drehbewegung in eine Linearbewegung der Einschlagachse 45 umgewandelt, wodurch die Räder WH eingeschlagen werden. Das heißt, wenn der Einschlagmotor 41 betrieben wird, können die Räder WH eingeschlagen werden. Dieser Einschlagmotor 41 wird durch die Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 100 gesteuert.
Ein Lenkrad-Winkelsensor 51 erfasst einen Lenkradwinkel MA, der ein Lenkwinkel des Lenkrads 10 ist. Der Lenkrad-Winkelsensor 51 sendet Informationen über den erfassten Lenkradwinkel MA zu der Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 100.
Ein Lenkmomentsensor 52 erfasst ein Lenkmoment T, das auf die Lenkwelle 20 ausgeübt wird. Der Lenkmomentsensor 52 sendet Informationen über das erfasste Lenkmoment T zu der Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 100.
Ein Drehwinkelsensor 53 erfasst einen Drehwinkel ϕ des Reaktionskraftmotors 31 in dem Reaktionskraftgenerator 30. Der Drehwinkelsensor 53 sendet Informationen über den erfassten Drehwinkel ϕ zu der Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 100.
Ein Drehwinkelsensor 54 erfasst einen Drehwinkel des Einschlagmotors 41 in der Einschlagvorrichtung 40. Der Drehwinkel des Einschlagmotors 41 entspricht einem Einschlagwinkel θ des Rads WH. Somit erfasst der Drehwinkelsensor 54 den Einschlagwinkel θ des Rads WH. Der Drehwinkelsensor 54 sendet Informationen über den erfassten Einschlagwinkel θ zu der Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 100.
Ein Einschlagstromsensor 55 erfasst einen Einschlagstrom Im, der den Einschlagmotor 41 antreibt. Der Einschlagstromsensor 55 sendet Informationen über den erfassten Einschlagstrom Im zu der Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 100.
Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 56 erfasst eine Fahrzeuggeschwindigkeit V, die eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 56 sendet Informationen über die erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit V zu der Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 100. Es ist zu beachten, dass statt dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 56 ein Raddrehzahlsensor verwendet werden kann, um die Fahrzeuggeschwindigkeit V aus einer Drehzahl der einzelnen Räder zu berechnen.
Ein Gierratensensor 57 erfasst eine Gierrate y des Fahrzeugs. Die Gierratensensor 57 sendet Informationen über die erfasste Gierrate y zu der Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 100.
Ein Querbeschleunigungssensor 58 erfasst eine Querbeschleunigung Gy, die auf das Fahrzeug wirkt. Der Querbeschleunigungssensor 58 sendet Informationen über die erfasste Querbeschleunigung Gy zu der Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 100.
Die Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 100 steuert das Steer-by-wire-System 1 gemäß dieser Ausführungsform. Die Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 100 umfasst einen Mikrocomputer mit einem Prozessor, einem Speicher und einer Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle. Der Mikrocomputer wird auch als eine elektronische Steuerungs- bzw. Regelungseinheit (ECU) bezeichnet. Die Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 100 empfängt die erfassten Informationen von den Sensoren 51 bis 58 und steuert das Steer-by-wire-System 1 auf der Grundlage der erfassten Informationen.
Insbesondere regelt die Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 100 das Einschlagen der Räder WH durch Steuern des Einschlagmotors 41 in der Einschlagvorrichtung 40. Zum Beispiel berechnet die Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 100 einen Soll-Einschlagwinkel auf der Grundlage des Lenkradwinkels MA und dergleichen. Anschließend erzeugt die Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 100 ein Steuersignal zum Ansteuern des Einschlagmotors 41 auf der Grundlage des Einschlagwinkels 9, der durch den Drehwinkelsensor 54 erfasst wird, und des Soll-Einschlagwinkels. Der Einschlagmotor 41 wird in Übereinstimmung mit dem Steuersignal gesteuert, und die Räder WH werden durch die Drehung des Einschlagmotors 41 eingeschlagen. Es ist zu beachten, dass ein Strom, der zu diesem Zeitpunkt den Einschlagmotor 41 antreibt, der Einschlagstrom Im ist.
Die Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 100 regelt auch die Lenkreaktionskraft, die durch die Steuerung des Reaktionskraftmotors 31 in dem Reaktionskraftgenerator 30 auf das Lenkrad 10 ausgeübt wird. Insbesondere berechnet die Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 100 eine Soll-Lenkreaktionskraft auf der Grundlage der von den Sensoren erfassten Informationen (die Berechnung dieser Soll-Lenkreaktionskraft ist unten ausführlich beschrieben). Anschließend führt die Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 100 die Steuerung des Reaktionskraftmotors 31 aus, um zu bewirken, dass der Reaktionskraftmotor 31 die Soll-Lenkreaktionskraft erzeugt. Zum Beispiel erzeugt die Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 100 ein Steuersignal zum Antreiben des Reaktionskraftmotors 31 auf der Grundlage der Soll-Lenkreaktionskraft, des Drehwinkels ϕ des Reaktionskraftmotors 31, des Lenkmoments T und dergleichen. Der Reaktionskraftmotor 31 wird in Übereinstimmung mit dem Steuersignal angetrieben und erzeugt dadurch die Lenkreaktionskraft.
Die Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 100 und der Reaktionskraftgenerator 30 bilden eine „Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R“. Die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R erzeugt die Lenkreaktionskraft mit Hilfe des Reaktionskraftmotors 31 und übt die Lenkreaktionskraft auf das Lenkrad 10 aus. Ferner regelt die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R die Lenkreaktionskraft. Nachfolgend ist die Lenkreaktionskraftregelung gemäß dieser Ausführungsform ausführlich beschrieben.
Nachfolgend sind mehrere Arten von Achskräften beschrieben. Im Hinblick auf das Lenkgefühl des Fahrers ist es vorteilhaft, dass die Lenkreaktionskraft unter Berücksichtigung einer Reaktionskraft, die von einer Straßenoberfläche über die Räder WH auf die Einschlagachse 45 ausgeübt wird, bestimmt werden sollte. In der nachfolgenden Beschreibung ist ein Parameter (eine Komponente), der (die) der Reaktionskraft entspricht, die auf die Einschlagachse 45 ausgeübt wird, als eine „Achskraft“ bezeichnet. In der Lenkreaktionskraftregelung wird gemäß dieser Ausführungsform „eine Mehrzahl von Arten von Achskräften“ auf der Grundlage der unterschiedlichen Parameter berücksichtigt. Abmessungen der mehreren Arten von Achskräften werden vereinheitlicht. In dem nachfolgenden Beispiel wird eine Dimension (m/s²) der Querbeschleunigung Gy als die Dimension von jeder der mehreren Arten von Achskräften verwendet.
Eine erste Achskraft AF1 wird auf der Grundlage des Einschlagwinkels θ (Grad) und der Fahrzeuggeschwindigkeit V (m/s) berechnet. Zum Beispiel wird die erste Achskraft AF1 durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt.
(Gleichung 1) $A F 1 = \frac{1}{1 + K_{h} V^{2}} \frac{V^{2}}{l} \frac{θ}{N}$
Hier ist I ein Radstand oder Radabstand (m) und N ein Gesamtübersetzungsverhältnis. Kh ist ein Stabilitätsfaktor und wird durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt.
(Gleichung 2) $K_{h} = - \frac{m}{2 l^{2}} \frac{l_{f} K_{f} - l_{r} K_{r}}{K_{f} K_{r}}$
Hier ist m eine Fahrzeugmasse (kg). I_f ist ein Abstand (m) zwischen dem Schwerpunkt des Fahrzeugs und einer Vorderachse, und I_r ist ein Abstand (m) zwischen dem Schwerpunkt des Fahrzeugs und einer Hinterachse. K_f ist Vorderrad-Kurvensteifigkeit (cornering power) (N/rad), und K_r ist Hinterrad-Kurvensteifigkeit (N/rad).
Im Falle der Gleichung (1) ist die erste Achskraft AF1 proportional zum Einschlagwinkel θ. Das heißt, mit größer werdendem Einschlagwinkel θ nimmt die erste Achskraft AF1 zu. Wenn eine Übergangseigenschaft (transient property) berücksichtigt wird, wird die erste Achskraft AF1 durch die folgende Gleichung (3) ausgedrückt.
(Gleichung 3) $A F 1 = \frac{1}{1 + K_{h} V^{2}} \frac{V^{2}}{l} \frac{ω_{n}^{2} (T_{y 2} s^{2} + T_{y 1} s + 1)}{s^{2} + 2 ζ ω_{n} s + ω_{n}^{2}} \frac{θ}{N}$
Hier werden Ty1 und Ty2 durch die folgenden Gleichungen (4) bzw. (5) ausgedrückt. ω_n ist eine Eigenschwingungsfrequenz und wird durch die folgende Gleichung (6) ausgedrückt. ζ ist ein Dämpfungsverhältnis und wird durch die folgende Gleichung (7) ausgedrückt. I ist ein Gierträgheitsmoment (kg m).
(Gleichung 4) $T_{y 1} = \frac{l_{r}}{V}$

(Gleichung 5) $T_{y 2} = \frac{l}{2 l K_{r}}$

(Gleichung 6) $ω_{n} = \frac{2 l}{V} \sqrt{\frac{K_{f} K_{r}}{m I}} \sqrt{1 + K_{h} V^{2}}$

(Gleichung 7) $ζ = - \frac{m (l_{f}^{2} K_{f} + l_{r}^{2} K_{r}) + l (K_{f} + K_{r})}{2 l \sqrt{m I K_{f} K_{r} (1 + K_{h} V^{2})}}$
Wie es oben beschrieben ist, wird der Einschlagwinkel θ der einzelnen Räder WH auf der Grundlage des Lenkradwinkels MA (der Lenkwinkel des Lenkrads 10) bestimmt (festgelegt). Daher kann die erste Achskraft AF1 durch eine Gleichung ausgedrückt werden, die auf dem Lenkradwinkel MA statt dem Einschlagwinkels θ basiert. Das heißt, die erste Achskraft AF1 kann auf der Grundlage des Lenkradwinkels MA statt des Einschlagwinkels θ berechnet werden.
Eine zweite Achskraft AF2 wird auf der Grundlage der Gierrate γ (rad/s) und der Fahrzeuggeschwindigkeit V (m/s) berechnet. Zum Beispiel wird die zweite Achskraft AF2 durch die folgende Gleichung (8) ausgedrückt.
(Gleichung 8) $A F 2 = γ \cdot V$
Im Falle der Gleichung (8) ist die zweite Achskraft AF2 proportional zur Gierrate γ. Das heißt, mit zunehmender Gierrate γ nimmt die zweite Achskraft AF2 zu.
Eine dritte Achskraft AF3 wird auf der Grundlage der Querbeschleunigung Gy (m/s²) berechnet. Zum Beispiel wird die dritte Achskraft AF3 durch die folgende Gleichung (9) ausgedrückt.
(Gleichung 9) $A F 3 = G y$
Im Falle der Gleichung (9) ist die dritte Achskraft AF3 proportional zur Querbeschleunigung Gy. Das heißt mit zunehmender Querbeschleunigung Gy nimmt die dritte Achskraft AF3 zu.
Eine vierte Achskraft AF4 wird auf der Grundlage der Querbeschleunigung Gy (m/s²) und der Gierrate γ (rad/s) berechnet. Zum Beispiel wird die vierte Achskraft AF4 durch die folgende Gleichung (10) ausgedrückt.
(Gleichung 10) $A F 4 = G y + \frac{I}{l_{r} m} \dot{γ}$
Der zweite Term der Gleichung (10) steht in Beziehung zur zeitlichen Ableitung der Gierrate γ. m ist die Fahrzeugmasse (kg), I ist das Gierträgheitsmoment (kg m), und Ir ist der Abstand (m) zwischen dem Schwerpunkt des Fahrzeugs und der Hinterachse. Eine Summe aus der Querbeschleunigung Gy und der zeitlichen Ableitung der Gierrate γ entspricht einer auf die Räder WH ausgeübten Querkraft. Mit größer werdender Querkraft wird die vierte Achskraft AF4 größer.
Eine fünfte Achskraft AF5 wird auf der Grundlage der Einschlagstrom Im (A) zum Antreiben des Einschlagmotor 41 berechnet. Zum Beispiel wird die fünfte Achskraft AF5 durch die folgende Gleichung (11) ausgedrückt.
(Gleichung 11) $A F 5 = \frac{K t}{ξ_{n} + ξ_{c}} \frac{I}{l_{r} m} I m$
Hier ist Kt ein Strom/Drehmoment-Umwandlungsfaktor (Nm/A). ξ_η ist ein Reifennachlauf (pneumatic trail) (m), und ξ_c ist Nachlaufstrecke (caster trail) (m). Im Falle der Gleichung (11) ist die fünfte Achskraft AF5 proportional zum Einschlagstrom Im. Das heißt, mit größer werdendem Einschlagstrom Im wird die fünfte Achskraft AF5 kleiner.
Eine Basis-Achskraft AF_B ist eine Achskraft, die als Basis zum Zeitpunkt der Bestimmung (Festlegung) der Soll-Lenkreaktionskraft dient. Gemäß dieser Ausführungsform wird die oben beschriebene erste Achskraft AF1 als die Basis-Achskraft AF_B verwendet. Wie es oben beschrieben ist, wird die erste Achskraft AF1 in Übereinstimmung mit dem Einschlagwinkel θ (dem Lenkradwinkel MA) geändert, und wird mit größer werdendem Einschlagwinkel θ (dem Lenkradwinkel MA) erhöht. Die erste Achskraft AF1 ist dazu geeignet, das Zunahmegefühl (das Gefühl, dass der Widerstand mit größer werdendem Einschlagwinkel θ oder größer werdendem Lenkradwinkel MA zunimmt) zu reproduzieren.
Eine Unter-Achskraft AF_U ist eine Achskraft, die bei einer Untersteuerung kleiner als die Basis-Achskraft AF_B wird (d. h. die Unter-Achskraft AF_U wird bei einer Untersteuerung kleiner als die Basis-Achskraft AF_B). Es ist zu beachten, dass eine hierin beschriebene Betragsbeziehung eine Betragsbeziehung von Absolutbeträgen bedeutet, sofern nichts Anderes gesagt ist. Zum Beispiel bedeutet die Beschreibung, dass die Unter-Achskraft AF_U kleiner als die Basis-Achskraft AF_B ist, dass ein Absolutwert der Unter-Achskraft AF_U kleiner als ein Absolutwert der Basis-Achskraft AF_B ist.
2 ist ein konzeptionelles Diagramm, das die Unter-Achskraft AF_U zeigt. Hier wird ein Fall betrachtet, in dem das Lenkrad 10 betätigt wird und sowohl der Lenkradwinkel MA als auch der Einschlagwinkel θ mit der Zeit zunimmt. Eine horizontale Achse in 2 repräsentiert die Zeit t und den Einschlagwinkel θ. Von der Mehrzahl der oben beschriebenen Arten von Achskräften werden die zweite Achskraft AF2, die dritte Achskraft AF3 und die vierte Achskraft AF4 bei einer Untersteuerung (US) jeweils kleiner als die Basis-Achskraft AF_B. Das heißt, die zweite Achskraft AF2, die dritte Achskraft AF3 und die vierte Achskraft AF4 sind jeweils die Unter-Achskraft AF_U.
3 ist ein konzeptionelles Diagramm, das die fünfte Achskraft AF5 zeigt, die auf dem Einschlagstrom Im basiert. Auch die fünfte Achskraft AF5 wird bei einer Untersteuerung (US) kleiner als die Basis-Achskraft AF_B. Das heißt, auch die fünfte Achskraft AF5 ist die Unter-Achskraft AF_U. Ferner beginnt die Änderung der fünften Achskraft AF5, wie es aus einem Vergleich von 3 mit 2 ersichtlich ist, vor den Änderungen der weiteren Unter-Achskräfte AF_U (AF2, AF3, AF4).
Der Einschlagmotor 41 wird durch den Einschlagstrom Im angetrieben. Wenn der Einschlagmotor 41 angetrieben wird, wird der Einschlagwinkel aller Räder WH geändert. Dadurch werden die Querbeschleunigung Gy und die Gierrate γ geändert. Das heißt, die Änderung des Einschlagstroms Im tritt vor den Änderungen der Querbeschleunigung Gy und der Gierrate γ ein. Daher beginnt die Änderung der fünften Achskraft AF5, die auf der Grundlage des Einschlagstroms Im berechnet wird, vor (früher als) den (die) Änderungen der weiteren Achskräfte AF2 bis AF4. Somit wird die fünfte Achskraft AF5 als eine „früh geänderte Achskraft“ bezeichnet.
In dieser Ausführungsform wird wenigstens entweder die zweite Achskraft AF2, die dritte Achskraft AF3, die vierte Achskraft AF4 oder die fünfte Achskraft AF5 als die Unter-Achskraft AF_U verwendet.
Eine Über-Achskraft AF_O ist eine Achskraft, die bei einer Übersteuerung größer als die Basis-Achskraft AF_B wird (d. h. die Über-Achskraft AF_O wird als die Basis-Achskraft AF_B bei einer Übersteuerung größer). 4 ist ein konzeptionelles Diagramm, das die Über-Achskraft AF_O zeigt. Das gleiche Format wie in den 2, 3 wird auch für 4 verwendet. Sowohl die zweite Achskraft AF2 als auch die vierte Achskraft AF4 wird auf der Grundlage der Gierrate γ berechnet und wird bei einer Übersteuerung (OS) größer als die Basis-Achskraft AF_B. Das heißt, sowohl die zweite Achskraft AF2 als auch die vierte Achskraft AF4 ist die Über-Achskraft AF_O. In dieser Ausführungsform wird wenigstens entweder die zweite Achskraft AF2 oder die vierte Achskraft AF4 als die Über-Achskraft AF_O verwendet.
Es ist zu beachten, dass sowohl die zweite Achskraft AF2 als auch die vierte Achskraft AF4 die Eigenschaft der Unter-Achskraft AF_U und die Eigenschaft der Über-Achskraft AF_O hat.
5 ist ein Blockdiagramm einer funktionalen Konfiguration der Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R (der Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 100) gemäß dieser Ausführungsform. Die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R umfasst, als Funktionsblöcke, einen Sensorinformations-Ermittlungsabschnitt 110, einen Achskraft-Berechnungsabschnitt 120, einen Zustandbestimmungsabschnitt 130, einen Abschnitt 140 zum Berechnen der endgültigen Achskraft und einen Aktor-Steuerungsabschnitt 150.
Der Sensorinformations-Ermittlungsabschnitt 110 ermittelt die von den Sensoren 51 bis 58 erfassten Informationen.
Der Achskraft-Berechnungsabschnitt 120 berechnet die mehreren Arten von Achskräften durch Verwenden der verschiedenen Parameter. Die mehreren Arten von Achskräften, die berechnet werden, umfassen wenigstens die Basis-Achskraft AF_B, die Unter-Achskraft AF_U und die Über-Achskraft AF_O. Zum Beispiel berechnet der Achskraft-Berechnungsabschnitt 120 die oben erwähnten Achskräfte AF1 bis AF5 auf der Grundlage des Einschlagwinkels θ (oder des Lenkradwinkels MA), der Fahrzeuggeschwindigkeit V, der Gierrate y, der Querbeschleunigung Gy und des Einschlagstroms Im.
Der Zustandbestimmungsabschnitt 130 bestimmt auf der Grundlage der mehreren Arten von Achskräften, die berechnet wurden, ob sich ein Fahrzeugzustand in einem normalen Bereich oder in einem kritischen Bereich (einem Untersteuerungsbereich oder einem Übersteuerungsbereich) befindet. Genauer gesagt bestimmt Der Zustandbestimmungsabschnitt 130 den Fahrzeugzustand durch Vergleich der Basis-Achskraft AF_B, der Unter-Achskraft AF_U und der Über-Achskraft AF_O.
Zum Beispiel bestimmt der Zustandbestimmungsabschnitt 130, wenn die Unter-Achskraft AF_U kleiner als die Basis-Achskraft AF_B (AF_U < AF_B) ist, dass der Fahrzeugzustand zum Untersteuern neigt. Der Zustandbestimmungsabschnitt 130 berechnet dann einen „Untersteuerungsgrad DUS“ (degree of understeering), der ein Maß für eine Differenz zwischen der Basis-Achskraft AF_B und der Unter-Achskraft AF_U ist. Wenn bei einer Untersteuerung die Differenz zwischen der Basis-Achskraft AF_B und der Unter-Achskraft AF_U erhöht wird, wird der Untersteuerungsgrad DUS erhöht (verstärkt).
Wenn die Über-Achskraft AF_O größer als die Basis-Achskraft AF_B (AF_O > AF_B) ist, bestimmt der Zustandbestimmungsabschnitt 130, dass der Fahrzeugzustand zum Übersteuern neigt. Der Zustandbestimmungsabschnitt 130 berechnet dann einen „Übersteuerungsgrad DOS“, der ein Maß für eine Differenz zwischen der Basis-Achskraft AF_B und der Über-Achskraft AF_O ist. Wenn die Differenz zwischen der Basis-Achskraft AF_B und der Über-Achskraft AF_O bei einer Übersteuerung zunimmt, wird der Übersteuerungsgrad DOS erhöht (verstärkt).
Der Abschnitt 140 zum Berechnen der endgültigen Achskraft berechnet eine „endgültige Achskraft AF_F“, die verwendet wird, um die Soll-Lenkreaktionskraft zu berechnen. Insbesondere berechnet der Abschnitt 140 zum Berechnen der endgültigen Achskraft auf der Grundlage der mehreren Arten von Achskräften, des Untersteuerungsgrads DUS und des Übersteuerungsgrads DOS die geeignete endgültige Achskraft AF_F, die dem Fahrzeugzustand entspricht.
Genauer gesagt berechnet der Abschnitt 140 zum Berechnen der endgültigen Achskraft bei einer Untersteuerung als die endgültige Achskraft AF_F diejenige Achskraft, die um einen Verkleinerungsbetrag, der dem Untersteuerungsgrad DUS entspricht, kleiner als die Basis-Achskraft AF_B ist. Mit anderen Worten, der Abschnitt 140 zum Berechnen der endgültigen Achskraft verringert bei einer Untersteuerung die endgültige Achskraft AF_F auf einen Wert, der um den Verkleinerungsbetrag, der dem Untersteuerungsgrad DUS entspricht, kleiner als die Basis-Achskraft AF_B ist.
Bei einer Übersteuerung berechnet der Abschnitt 140 zum Berechnen der endgültigen Achskraft als die endgültige Achskraft AF_F diejenige Achskraft, die um einen Vergrößerungsbetrag, der dem Übersteuerungsgrad DOS entspricht, größer als die Basis-Achskraft AF_B ist. Mit anderen Worten, der Abschnitt zum Berechnen der endgültigen Achskraft vergrößert bei einer Übersteuerung die endgültige Achskraft AF_F auf einen Wert, der um den Vergrößerungsbetrag, der dem Übersteuerungsgrad DOS entspricht, größer als die Basis-Achskraft AF_B ist.
Der Aktor-Steuerungsabschnitt 150 berechnet die Soll-Lenkreaktionskraft aus der endgültigen Achskraft AF_F. Mit zunehmender endgültiger Achskraft AF_F nimmt die Soll-Lenkreaktionskraft zu. Anschließend führt der Aktor-Steuerungsabschnitt 150 die Antriebssteuerung für den Reaktionskraftmotor 31 aus, um zu bewirken, dass der Reaktionskraftmotor 31 die Soll-Lenkreaktionskraft erzeugt. Zum Beispiel erzeugt der Aktor-Steuerungsabschnitt 150 das Steuersignal zum Antreiben des Reaktionskraftmotors 31 auf der Grundlage der Soll-Lenkreaktionskraft, des Drehwinkels ϕ des Reaktionskraftmotors 31, des Lenkmoments T und dergleichen. Der Reaktionskraftmotor 31 wird in Übereinstimmung mit dem Steuersignal angetrieben und erzeugt dadurch die Lenkreaktionskraft.
Wie es oben beschrieben ist, werden gemäß dieser Ausführungsform die mehreren Arten von Achskräften, die die Basis-Achskraft AF_B, die Unter-Achskraft AF_U und die Über-Achskraft AF_O umfassen, berechnet. Durch Berechnung der Basis-Achskraft AF_B, der Unter-Achskraft AF_U und der Über-Achskraft AF_O kann leicht eine Untersteuerung oder Übersteuerung erfasst und der Untersteuerungsgrad DUS oder der Übersteuerungsgrad DOS berechnet werden.
Die Basis-Achskraft AF_B wird auf der Grundlage des Einschlagwinkels θ (oder des Lenkradwinkels MA) berechnet. Mit größer werdendem Einschlagwinkel θ (oder Lenkradwinkel MA) wird die Basis-Achskraft AF_B größer. Die Lenkreaktionskraft wird auf der Grundlage der Basis-Achskraft AF_B erzeugt. Auf diese Weise kann ein angemessenes Zunahmegefühl (das Gefühl, dass der Widerstand mit größer werdendem Einschlagwinkel θ oder größer werdendem Lenkradwinkel MA größer wird) reproduziert werden.
Die endgültige Achskraft AF_F ist bei einer Untersteuerung um den Verkleinerungsbetrag, der dem Untersteuerungsgrad DUS entspricht, kleiner als die Basis-Achskraft AF_B. Daher ist bei einer Untersteuerung die Lenkreaktionskraft kleiner als die Lenkreaktionskraft, die der Basis-Achskraft AF_B entspricht. Auf diese Weise kann bei einer Untersteuerung das „Lenkkraftverringerungsgefühl (d. h. das Gefühl, dass die Lenkkraft kleiner ist)“ des Fahrers reproduziert werden.
Die endgültige Achskraft AF_F bei einer Übersteuerung ist um den Vergrößerungsbetrag, der dem Übersteuerungsgrad DOS entspricht, größer als die Basis-Achskraft AF_B. Daher ist bei einer Übersteuerung die Lenkreaktionskraft größer als die Lenkreaktionskraft, die der Basis-Achskraft AF_B entspricht. Auf diese Weise kann das Lenkrad 10 leicht zurückgedreht werden. Das heißt, bei einer Übersteuerung wird eine Gegenlenkoperation unterstützt. Somit ist es für den Fahrer einfach, die Gegenlenkoperation durchzuführen.
Wie es oben beschrieben ist, kann das Steer-by-wire-System 1 dieser Ausführungsform ein geeignetes Lenkgefühl, das dem Fahrzeugzustand entspricht, reproduzieren. Insbesondere kann selbst dann, wenn sich der Fahrzeugzustand in dem kritischen Bereich wie etwa einem Untersteuerungsbereich oder einem Übersteuerungsbereich befindet, ein geeignetes Lenkgefühl, das dem Fahrzeugzustand entspricht, erzeugt werden. Es ist zu beachten, dass in der obigen Beschreibung eine Verarbeitung ausgeführt wird, die sich entweder nur auf eine Untersteuerung oder nur auf die Übersteuerung bezieht.
Ferner ist gemäß dieser Ausführungsform ein Sensor, der die auf die Einschlagachse 45 ausgeübte Reaktionskraft direkt erfasst, nicht erforderlich. Dies wirkt sich positiv auf die Kosten aus. Ferner ist gemäß dieser Ausführungsform ein Störungsbeobachter, der die auf die Einschlagachse 45 ausgeübte Reaktionskraft schätzt, nicht erforderlich. Dies ist im Hinblick auf eine Verringerung der Rechenlast vorteilhaft.
Einige Beispiele zur Berechnung der endgültigen Achskraft AF_F in der Lenkreaktionskraftregelung gemäß dieser Ausführungsform sind nachfolgend beschrieben.
6 ist eine konzeptionelle Ansicht eines ersten Beispiels. Zuerst ist ein Block 200 in 6 beschrieben. Die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R berechnet eine Differenz δU zwischen der Basis-Achskraft AF_B und der Unter-Achskraft AF_U. Die Differenz δU wird durch die folgende Gleichung (12) ausgedrückt. $δ U = | AF_B | - | AF_U |$
Ferner berechnet die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R den Untersteuerungsgrad DUS, der der Differenz δU entspricht. Der Untersteuerungsgrad DUS wird tendenziell mit zunehmender Differenz δU höher (stärker). Wie es in 6 gezeigt ist, kann eine Totzone bzw. ein nicht spürbarer Bereich vorgesehen sein. Ein entsprechende Beziehung zwischen der Differenz δU und dem Untersteuerungsgrad DUS wird im Voraus definiert und in Form einer Karte oder Gleichung bereitgestellt. Unter Bezugnahme auf die entsprechende Beziehung berechnet die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R den Untersteuerungsgrad DUS, der der Differenz δU entspricht. Es ist zu beachten, dass die Berechnung der Differenz δU und des Untersteuerungsgrads DUS der durch den Zustandbestimmungsabschnitt 130 ausgeführten Verarbeitung entspricht.
Nachfolgend berechnet die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R eine erste Basis-Achskraft-Verstärkung GB1 und eine Unter-Achskraft-Verstärkung GU auf der Grundlage des Untersteuerungsgrad DUS. Die erste Basis-Achskraft-Verstärkung GB1 ist eine Gewichtungsverstärkung, die verwendet wird, um einen Beitrag der Basis-Achskraft AF_B zu der endgültigen Achskraft AF_F zu bestimmen (festzulegen). Die Unter-Achskraft-Verstärkung GU ist eine Gewichtungsverstärkung, die verwendet wird, um einen Beitrag der Unter-Achskraft AF_U zu der endgültigen Achskraft AF_F zu bestimmen (festzulegen).
Wie es in 6 gezeigt ist, wird die erste Basis-Achskraft-Verstärkung GB1 von 1 ausgehend mit höher (stärker) werdendem Untersteuerungsgrad DUS kleiner. Andererseits wird die Unter-Achskraft-Verstärkung GU in Richtung 1 mit höher (stärker) werdendem Untersteuerungsgrad DUS größer. Eine entsprechende Beziehung zwischen dem Untersteuerungsgrad DUS und der erste Basis-Achskraft-Verstärkung GB1 und eine entsprechende Beziehung zwischen dem Untersteuerungsgrad DUS und der Unter-Achskraft-Verstärkung GU werden im Voraus definiert und in Form von Karten oder Gleichungen bereitgestellt. Unter Bezugnahme auf die entsprechenden Beziehungen berechnet die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R die erste Basis-Achskraft-Verstärkung GB1 und die Unter-Achskraft-Verstärkung GU, die jeweils dem Untersteuerungsgrad DUS entspricht.
Die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R berechnet eine vorläufige Achskraft AF_T auf der Grundlage der Basis-Achskraft AF_B, der ersten Basis-Achskraft-Verstärkung GB1, der Unter-Achskraft AF_U und der Unter-Achskraft-Verstärkung GU. Die vorläufige Achskraft AF_T wird durch die folgende Gleichung (13) ausgedrückt. Es ist zu beachten, dass die Unter-Achskraft AF_U in Gleichung (13) von anderer Art sein kann als die Unter-Achskraft AF_U in obiger Gleichung (12). $AF_T = GB1 \times AF_B + GU \times AF_U$
Nachfolgend ist ein Block 300 in 6 beschrieben. Die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R berechnet eine Differenz δO zwischen die Basis-Achskraft AF_B und der Über-Achskraft AF_O. Die Differenz δO wird durch die folgende Gleichung (14) ausgedrückt. $δ O = | AF_O | - | AF_B |$
Ferner berechnet die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R den Übersteuerungsgrad DOS, der der Differenz δO entspricht. Der Übersteuerungsgrad DOS wird mit zunehmender Differenz δO tendenziell höher (stärker). Wie es in 6 gezeigt ist, kann eine Totzone vorgesehen sein. Eine entsprechende Beziehung zwischen der Differenz δO und dem Übersteuerungsgrad DOS wird im Voraus definiert und in Form einer Karte oder einer Gleichung bereitgestellt. Unter Bezugnahme auf eine entsprechende Beziehung berechnet die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R den Übersteuerungsgrad DOS, der der Differenz δO entspricht.
Danach berechnet die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R eine zweite Basis-Achskraft-Verstärkung GB2 und eine Über-Achskraft-Verstärkung GO auf der Grundlage des Übersteuerungsgrads DOS. Die zweite Basis-Achskraft-Verstärkung GB2 ist eine Gewichtungsverstärkung, die verwendet wird, um einen Beitrag der vorläufigen Achskraft AF_T zu der endgültigen Achskraft AF_F zu bestimmen (festzulegen). Die Über-Achskraft-Verstärkung GO ist eine Gewichtungsverstärkung, die verwendet wird, um einen Beitrag der Über-Achskraft AF_O auf die endgültige Achskraft AF_F zu bestimmen (festzulegen).
Wie es in 6 gezeigt ist, wird die zweite Basis-Achskraft-Verstärkung GB2 von 1 ausgehend mit höher (stärker) werdendem Übersteuerungsgrad DOS kleiner. Andererseits wird die Über-Achskraft-Verstärkung GO in Richtung 1 mit höher (stärker) werdendem Übersteuerungsgrad DOS größer. Eine entsprechende Beziehung zwischen dem Übersteuerungsgrad DOS und der zweiten Basis-Achskraft-Verstärkung GB2 und eine entsprechende Beziehung zwischen dem Übersteuerungsgrad DOS und der Über-Achskraft-Verstärkung GO werden im Voraus definiert und in Form von Karten oder Gleichungen bereitgestellt. Unter Bezugnahme auf die entsprechenden Beziehungen berechnet die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R die zweite Basis-Achskraft-Verstärkung GB2 und die Über-Achskraft-Verstärkung GO, die jeweils dem Übersteuerungsgrad DOS entsprechen.
Die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R berechnet die endgültige Achskraft AF_F auf der Grundlage der vorläufigen Achskraft AF_T, der zweiten Basis-Achskraft-Verstärkung GB2, der Über-Achskraft AF_O und der Über-Achskraft-Verstärkung GO. Die endgültige Achskraft AF_F wird durch die folgende Gleichung (15) ausgedrückt. Es ist zu beachten, dass die Über-Achskraft AF_O in der Gleichung (15) von anderer Art sein kann als die Über-Achskraft AF_O in der obigen Gleichung (14). $AF_F = GB2 \times AF_T + GO \times AF_O$
Im normalen Bereich ist sowohl der Untersteuerungsgrad DUS als auch der Übersteuerungsgrad DOS gleich 0. Da die erste Basis-Achskraft-Verstärkung GB1 1 ist und die Unter-Achskraft-Verstärkung GU 0 ist, ist die vorläufige (tentative) Achskraft AF_T gleich der Basis-Achskraft AF_B (AF_T (AF_B). Ferner ist die endgültige Achskraft AF_F, da die zweite Basis-Achskraft-Verstärkung GB2 1 ist und die Über-Achskraft-Verstärkung GO 0 ist, gleich der vorläufigen Achskraft AF_T, das heißt der Basis-Achskraft AF_B (AF_F = AF_B). Die Basis-Achskraft AF_B wird als die endgültige Achskraft AF_F verwendet, so dass das geeignete Zunahmegefühl reproduziert wird.
Bei einer Untersteuerung ist der Übersteuerungsgrad DOS gleich 0. Da die zweite Basis-Achskraft-Verstärkung GB2 1 ist und die Über-Achskraft-Verstärkung GO 0 ist, ist die endgültige Achskraft AF_F gleich der vorläufige Achskraft AF_T (AF_F = AF_T). Die vorläufige Achskraft AF_T wird durch die obige Gleichung (13) ausgedrückt. Mit höher (stärker) werdendem Untersteuerungsgrad DUS wird die erste Basis-Achskraft-Verstärkung GB1 kleiner, während die Unter-Achskraft-Verstärkung GU größer wird. Ferner ist die Unter-Achskraft AF_U bei einer Untersteuerung kleiner als die Basis-Achskraft AF_B. Dadurch wird die berechnete endgültige Achskraft AF_F kleiner als die Basis-Achskraft AF_B (AF_F < AF_B). Durch Verringern der endgültigen Achskraft AF_F auf einen Wert kleiner als die Basis-Achskraft AF_B wird die Lenkreaktionskraft verkleinert und das „Lenkkraftverringerungsgefühl“ bei einer Untersteuerung reproduziert.
Es ist zu beachten, dass die fünfte Achskraft AF5 insbesondere als die Unter-Achskraft AF_U verwendet werden kann. Wie es oben beschrieben ist, ist die fünfte Achskraft AF5 die „früh geänderte Achskraft“. Das heißt, die Änderung der fünften Achskraft AF5 beginnt früher als die Änderungen der weiteren Achskräfte AF2 bis AF4. Durch Verwenden der fünften Achskraft AF5 als die Unter-Achskraft AF_U kann früh ein Untersteuerungszustand erfasst werden. Dadurch kann früh eine für den Untersteuerungszustand geeignete Lenkreaktionskraft erzeugt werden.
Bei einer Übersteuerung ist der Untersteuerungsgrad DUS gleich 0. Da die erste Basis-Achskraft-Verstärkung GB1 1 ist und die Unter-Achskraft-Verstärkung GU 0 ist, ist die vorläufige Achskraft AF_T gleich der Basis-Achskraft AF_B (AF_T = AF_B). Somit wird die obige Gleichung (15) die folgende Gleichung (16). $AF_F = GB2 \times AF_B + GO \times AF_O$
Mit höher (stärker) werdendem Übersteuerungsgrad DOS wird die zweite Basis-Achskraft-Verstärkung GB2 kleiner, während die Über-Achskraft-Verstärkung GO größer wird. Ferner ist die Über-Achskraft AF_O bei einer Übersteuerung größer als die Basis-Achskraft AF_B. Dadurch wird die berechnete endgültige Achskraft AF_F größer als die Basis-Achskraft AF_B (AF_F > AF_B). Durch Vergrößern der endgültigen Achskraft AF_F auf einen Wert größer als die Basis-Achskraft AF_B wird die Lenkreaktionskraft vergrößert und die Gegenlenkoperation in geeigneter Weise unterstützt.
7 ist eine konzeptionelle Ansicht eines zweiten Beispiels. In dem zweiten Beispiel ist ein modifiziertes Beispiel des Blocks 200 (die Verarbeitung, die in Beziehung zur Untersteuerung steht) in 6 beschrieben. Die Differenz δU ist die gleiche wie die in dem ersten Beispiel und wird durch die obige Gleichung (12) ausgedrückt. In dem zweiten Beispiel entspricht diese Differenz δU selbst dem Untersteuerungsgrad DUS (DUS = δU), und die Berechnung der Differenz δU entspricht der durch den Zustandbestimmungsabschnitt 130 ausgeführten Verarbeitung.
Die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R berechnet eine Korrekturverstärkung GC, die dem Untersteuerungsgrad DUS (der Differenz δU) entspricht. Die Korrekturverstärkung GC ist gleich groß wie oder kleiner als 1 und wird mit höher (stärker) werdendem Untersteuerungsgrad DUS tendenziell kleiner. Wie es in 7 gezeigt ist, kann eine Totzone vorgesehen sein. Eine entsprechende Beziehung zwischen dem Untersteuerungsgrad DUS und der Korrekturverstärkung GC wird im Voraus definiert und in Form einer Karte oder einer Gleichung bereitgestellt. Mit Bezugnahme auf die entsprechende Beziehung berechnet die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R die Korrekturverstärkung GC, die dem Untersteuerungsgrad DUS entspricht.
Wie es oben beschrieben ist, ist die endgültige Achskraft AF_F bei einer Untersteuerung gleich der vorläufigen Achskraft AF_T. Die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R berechnet die vorläufige Achskraft AF_T, das heißt die endgültige Achskraft AF_F, durch Multiplizieren der Basis-Achskraft AF_B mit der Korrekturverstärkung GC (AF_F = AF_T = GC × AF_B). Die Korrekturverstärkung GC wird mit höher (stärker) werdendem Untersteuerungsgrad DUS kleiner. Dadurch wird die berechnete endgültige Achskraft AF_F kleiner als die Basis-Achskraft AF_B (AF_F < AF_B). Durch Verkleinern der endgültigen Achskraft AF_F auf einen Wert kleiner als die Basis-Achskraft AF_B wird die Lenkreaktionskraft kleiner und das „Lenkkraftverringerungsgefühl“ bei einer Untersteuerung reproduziert.
Es ist zu beachten, dass die fünfte Achskraft AF5 insbesondere als die Unter-Achskraft AF_U verwendet werden kann. Durch Verwenden der fünften Achskraft AF5 als die Unter-Achskraft AF_U kann früh der Untersteuerungszustand erfasst werden. Dadurch kann früh eine Lenkreaktionskraft erzeugt werden, die für einen Untersteuerungszustand geeignet ist.
8 ist eine konzeptionelle Ansicht eines dritten Beispiels. In dem dritten Beispiel wird die zweite Achskraft AF2 oder die vierte Achskraft AF4 zusammen mit der Basis-Achskraft AF_B verwendet. Wie es oben beschrieben ist, haben die zweite Achskraft AF2 und die vierte Achskraft AF4 jeweils sowohl die Eigenschaft der Unter-Achskraft AF_U als auch die Eigenschaft der Über-Achskraft AF_O. Wie es weiter unten beschrieben ist, kann die Verarbeitung durch Verwenden der zweiten Achskraft AF2 oder der vierten Achskraft AF4 mit den oben beschriebenen Eigenschaften vereinfacht werden.
Als Beispiel wird ein Fall betrachtet, in dem die zweite Achskraft AF2 verwendet wird. Das Gleiche gilt für einen Fall, in dem die vierte Achskraft AF4 verwendet wird. Die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R berechnet eine Differenz δ zwischen der Basis-Achskraft AF_B und der zweiten Achskraft AF2. Die Differenz δ wird durch die folgende Gleichung (17) ausgedrückt. $δ= AF_B - AF2$
In dem dritten Beispiel entspricht diese Differenz δ dem Untersteuerungsgrad DUS oder dem Übersteuerungsgrad DOS. Bei einer Untersteuerung wird die zweite Achskraft AF2 kleiner als die Basis-Achskraft AF_B, wodurch die Differenz δ einen positiven Wert besitzt. Diese positive Differenz δ entspricht dem Untersteuerungsgrad DUS. Bei einer Übersteuerung wird die zweite Achskraft AF2 größer als die Basis-Achskraft AF_B, wodurch die Differenz δ einen negativen Wert besitzt. Diese negative Differenz δ entspricht dem Übersteuerungsgrad DOS. Es ist zu beachten, dass die Berechnung der Differenz δ der durch den Zustandbestimmungsabschnitt 130 ausgeführten Verarbeitung entspricht.
Danach berechnet die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R einen Offset OFF, der der Differenz δ entspricht. Der Offset OFF in dem Fall, in dem die Differenz δ einen positiven Wert besitzt, ist ein positiver Offset OFF_P. Der Offset OFF in dem Fall, in dem die Differenz δ einen negativen Wert besitzt, ist ein negativer Offset OFF_N. Ein Absolutwert des Offsets OFF (OFF_P, OFF_N) nimmt tendenziell mit zunehmendem Absolutwert der Differenz δ zu. Wie es in 8 gezeigt ist, kann eine Totzone vorgesehen sein. Ein entsprechende Beziehung zwischen die Differenz δ und dem Offset OFF wird im Voraus definiert und in Form einer Karte oder einer Gleichung bereitgestellt. Mit Bezugnahme auf die entsprechende Beziehung berechnet die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R den Offset OFF, der der Differenz δ entspricht.
Danach berechnet die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R die endgültige Achskraft AF_F auf der Grundlage der Basis-Achskraft AF_B und des Offsets OFF. Genauer gesagt wird die endgültige Achskraft AF_F durch die folgende Gleichung (18) ausgedrückt. $AF_F = AF_B - OFF$
Im normalen Bereich ist die Differenz δ gleich 0 und der Offset OFF gleich 0. Daher wird die berechnete endgültige Achskraft AF_F gleich der Basis-Achskraft AF_B (AF_F = AF_B). Die Basis-Achskraft AF_B wird als die endgültige Achskraft AF_F verwendet und somit das Zunahmegefühl reproduziert.
Bei einer Untersteuerung ist der Offset OFF der positive Offset OFF_P. Daher wird die endgültige Achskraft AF_F um einen Betrag des Offsets OFF_P (einen ersten Offset-Betrag) kleiner als die Basis-Achskraft AF_B (AF_F < AF_B). Der erste Offset-Betrag nimmt mit zunehmender Differenz δ (Untersteuerungsgrad DUS) zu. Durch Verkleinern der endgültigen Achskraft AF_F auf einen Wert kleiner als die Basis-Achskraft AF_B wird die Lenkreaktionskraft kleiner und das „Lenkkraftverringerungsgefühl“ bei einer Untersteuerung reproduziert.
Bei einer Übersteuerung ist der Offset OFF der negative Offset OFF_N. Daher wird die endgültige Achskraft AF_F um einen Absolutwert des Offsets OFF_N (einen zweiten Offset-Betrag) größer als die Basis-Achskraft AF_B (AF_F > AF_B). Der zweite Offset-Betrag nimmt mit zunehmender Differenz δ (Übersteuerungsgrad DOS) zu. Durch Vergrößern der endgültigen Achskraft AF_F auf einen Wert größer als die Basis-Achskraft AF_B wird die Lenkreaktionskraft vergrößert und die Gegenlenkoperation geeignet unterstützt.
Nachfolgend ist ein viertes Beispiel beschrieben. Es gibt eine Situation, in der Reibung bei der Übertragung einer Rotation des Einschlagmotors 41 auf die Einschlagachse 45 in der in 1 gezeigten Einschlagvorrichtung 40 zunimmt. Als Beispiel wird ein Fall betrachtet, in dem ein Kugelgewindetrieb verwendet wird, um die Rotation des Einschlagmotors 41 auf die Einschlagachse 45 zu übertragen. Wenn die Temperatur entsprechend niedrig ist, wird die Viskosität des Schmiermittels des Kugelgewindetriebs erhöht, was zu einer größeren Reibung führt.
Die fünfte Achskraft AF5, die auf der Grundlage der Einschlagstrom Im berechnet wird, wird durch eine solche Reibung beeinflusst. Mit größer werdender Reibung verschlechtert sich die Genauigkeit der fünften Achskraft AF5. Somit ist es vorteilhaft, dass die fünfte Achskraft AF5 nicht verwendet wird. Zum Beispiel umfasst das Steer-by-wire-System 1 ferner einen Temperatursensor (nicht gezeigt). Wenn die Temperatur entsprechend niedrig ist, so dass die durch den Temperatursensor erfasste Temperatur gleich hoch wie oder niedriger als ein Schwellenwert ist, entfernt die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit 100R die fünfte Achskraft AF5 von den Unter-Achskräften AF_U. Auf diese Weise kann eine Verschlechterung der Verarbeitungsgenauigkeit bei entsprechend niedriger Temperatur verhindert werden.

Claims

Steer-by-wire-System (1), das in einem Fahrzeug eingebaut ist, wobei das Steer-by-wire-System (1) umfasst: eine Einschlagvorrichtung (40) zum Einschlagen eines Rads (WH) des Fahrzeugs; und eine Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit (100R) zum Regeln einer auf ein Lenkrad (10) ausgeübten Lenkreaktionskraft, wobei: die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit (100R) ausgelegt ist, um eine Mehrzahl von Arten von Achskräften unter Verwendung unterschiedlicher Parameter zu berechnen, eine endgültige Achskraft (AF_F) auf der Grundlage der mehreren Arten von Achskräften zu berechnen und die Lenkreaktionskraft, die der endgültigen Achskraft (AF_F) entspricht, zu erzeugen; die mehreren Arten von Achskräften eine Basis-Achskraft (AF_B), die auf der Grundlage eines Einschlagwinkels (θ) des Rads (WH) oder eines Lenkwinkels (MA) des Lenkrads (10) berechnet wird, und eine Unter-Achskraft (AF_U), die bei einer Untersteuerung (US) kleiner als die Basis-Achskraft (AF_B) ist, umfassen, wobei die Unter-Achskraft (AF_U) gegeben ist durch eine zweite Achskraft (AF2), welche proportional zu einer Gierrate (γ) ist, oder durch eine dritte Achskraft (AF3), welche proportional zu einer Querbeschleunigung (Gy) ist, oder durch eine vierte Achskraft (AF4), welche auf der Grundlage der Querbeschleunigung (Gy) und der Gierrate (γ) berechnet wird, oder durch eine fünfte Achskraft (AF5), welche proportional zu einem Einschlagstrom (Im) ist; und dadurch gekennzeichnet. dass die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit (100R) ausgelegt ist, um einen Untersteuerungsgrad (DUS) zu berechnen, der ein Maß für eine Differenz (δU) zwischen der Basis-Achskraft (AF_B) und der Unter-Achskraft (AF_U) bei der Untersteuerung (US) ist, und um bei der Untersteuerung (US) die endgültige Achskraft (AF_F) auf einen Wert, der um einen Betrag, der dem Untersteuerungsgrad (DUS) entspricht, kleiner als die Basis-Achskraft (AF_B) ist, zu verkleinern.
Steer-by-wire-System (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. dass: die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit (100R) ausgelegt ist, um bei der Untersteuerung (US) die endgültige Achskraft (AF_F) auf der Grundlage einer Summe aus einem Produkt aus der Basis-Achskraft (AF_B) und einer ersten Basis-Achskraft-Verstärkung (GB1) und einem Produkt aus der Unter-Achskraft (AF_U) und einer Unter-Achskraft-Verstärkung (GU) zu berechnen; und die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit (100R) ausgelegt ist, um die erste Basis-Achskraft-Verstärkung (GB1) zu verkleinern und die Unter-Achskraft-Verstärkung (GU) mit größer werdendem Untersteuerungsgrad (DUS) zu vergrößern
Steer-by-wire-System (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. dass: die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit (100R) ausgelegt ist, um bei der Untersteuerung (US) die endgültige Achskraft (AF_F) durch Multiplizieren der Basis-Achskraft (AF_B) mit einer Korrekturverstärkung (GC), die kleiner oder gleich 1 ist, zu berechnen; und die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit (100R) ausgelegt ist, um die Korrekturverstärkung (GC) mit größer werdendem Untersteuerungsgrad (DUS) zu verkleinern.
Steer-by-wire-System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet. dass: die Einschlagvorrichtung (40) einen Einschlagmotor (41) umfasst, der über eine Einschlagachse mit dem Rad (WH) verbunden ist; die mehreren Arten von Achskräften eine früh geänderte Achskraft (AF_5) umfassen, die auf der Grundlage eines Einschlagstroms (Im), der den Einschlagmotor (41) antreibt, berechnet wird; und die früh geänderte Achskraft (AF_5) als die Unter-Achskraft (AF_U) verwendet wird.
Steer-by-wire-System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet. dass: die mehreren Arten von Achskräften ferner eine Über-Achskraft (AF_O) umfassen, die bei einer Übersteuerung (OS) größer als die Basis-Achskraft (AF_B) wird, wobei die Über-Achskraft (AF_O) gegeben ist durch eine zweite Achskraft (AF2), welche proportional zur Gierrate (γ) ist, oder durch eine dritte Achskraft (AF3), welche proportional zur Querbeschleunigung (Gy) ist, oder durch eine vierte Achskraft (AF4), welche auf der Grundlage der Querbeschleunigung (Gy) und der Gierrate (γ) berechnet wird, oder durch eine fünfte Achskraft (AF5), welche proportional zum Einschlagstrom (Im) ist; und die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit (100R) ausgelegt ist, um einen Übersteuerungsgrad (DOS), der ein Maß für eine Differenz (δO) zwischen der Basis-Achskraft (AF_B) und der Über-Achskraft (AF_O) bei der Übersteuerung (OS) ist, zu berechnen und die endgültige Achskraft (AF_F) bei der Übersteuerung (OS) auf einen Wert zu vergrößern, der um einen Betrag, der dem Übersteuerungsgrad (DOS) entspricht, größer als die Basis-Achskraft (AF_B) ist.
Steer-by-wire-System (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet. dass: die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit (100R) ausgelegt ist, um bei einer Übersteuerung (OS) die endgültige Achskraft (AF_F) auf der Grundlage einer Summe aus einem Produkt aus der Basis-Achskraft (AF_B) und einer zweiten Basis-Achskraft-Verstärkung (GB) und einem Produkt aus der Über-Achskraft (AF_O) und einer Über-Achskraft-Verstärkung (GO) zu berechnen; und die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit (100R) ausgelegt ist, um mit größer werdendem Übersteuerungsgrad (DOS) die zweite Basis-Achskraft-Verstärkung (GB) zu verkleinern und die Über-Achskraft-Verstärkung (GO) zu vergrößern.
Steer-by-wire-System (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. dass: die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit (100R) ausgelegt ist, um bei der Untersteuerung (US) die endgültige Achskraft (AF_F) durch Subtraktion eines ersten Offset-Betrags von der Basis-Achskraft (AF_B) zu berechnen; und die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit (100R) ausgelegt ist, um den ersten Offset-Betrag mit größer werdendem Untersteuerungsgrad (DUS) zu vergrößern.
Steer-by-wire-System (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet. dass: die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit (100R) ausgelegt ist, um bei einer Übersteuerung (OS) die endgültige Achskraft (AF_F) durch Addition eines zweiten Offset-Betrags zu der Basis-Achskraft (AF_B) zu berechnen; die mehreren Arten von Achskräften ferner eine Über-Achskraft (AF_O) umfassen, die bei einer Übersteuerung (OS) größer als die Basis-Achskraft (AF_B) wird; und die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit (100R) ausgelegt ist, um einen Übersteuerungsgrad zu berechnen, der ein Maß für eine Differenz (δO) zwischen der Basis-Achskraft (AF_B) und der Über-Achskraft (AF_O) ist, und den zweiten Offset-Betrag mit größer werdendem Übersteuerungsgrad (DOS) zu vergrößern.
Steer-by-wire-System (1), das in einem Fahrzeug eingebaut ist, wobei das Steer-by-wire-System (1) umfasst: eine Einschlagvorrichtung (40) zum Einschlagen eines Rads (WH) des Fahrzeugs; und eine Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit (100R) zum Regeln einer auf ein Lenkrad (10) ausgeübten Lenkreaktionskraft, wobei: die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit (100R) ausgelegt ist, um eine Mehrzahl von Arten von Achskräften unter Verwendung unterschiedlicher Parameter zu berechnen, eine endgültige Achskraft (AF_F) auf der Grundlage der mehreren Arten von Achskräften zu berechnen und die Lenkreaktionskraft, die der endgültigen Achskraft (AF_F) entspricht, zu erzeugen; die mehreren Arten von Achskräften eine Basis-Achskraft (AF_B), die auf der Grundlage eines Einschlagwinkels (θ) des Rads (WH) oder eines Lenkwinkels (MA) des Lenkrads (10) berechnet wird, und eine Über-Achskraft (AF_O) umfassen, die bei einer Übersteuerung (OS) größer als die Basis-Achskraft (AF_B) wird, wobei die Über-Achskraft (AF_O) gegeben ist durch eine zweite Achskraft (AF2), welche proportional zur Gierrate (γ) ist, oder durch eine dritte Achskraft (AF3), welche proportional zur Querbeschleunigung (Gy) ist, oder durch eine vierte Achskraft (AF4), welche auf der Grundlage der Querbeschleunigung (Gy) und der Gierrate (γ) berechnet wird, oder durch eine fünfte Achskraft (AF5), welche proportional zum Einschlagstrom (Im) ist; und dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit (100R) ausgelegt ist, um einen Übersteuerungsgrad (DOS), der ein Maß für eine Differenz (δO) zwischen der Basis-Achskraft (AF_B) und der Über-Achskraft (AF_O) bei einer Übersteuerung (OS) ist, zu berechnen, und die endgültige Achskraft (AF_F) bei der Übersteuerung (OS) so zu vergrößern, dass sie um einen Betrag, der dem Übersteuerungsgrad (DOS) entspricht, größer als die Basis-Achskraft (AF_B) ist.
Steer-by-wire-System (1) nach Anspruch 9, wobei: die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit (100R) ausgelegt ist, um die endgültige Achskraft (AF_F) bei der Übersteuerung (OS) auf der Grundlage einer Summe aus einem Produkt aus der Basis-Achskraft (AF_B) und einer Basis-Achskraft-Verstärkung (GB1) und einem Produkt aus der Über-Achskraft (AF_O) und einer Über-Achskraft-Verstärkung (GO) zu berechnen; und die Lenkreaktionskraft-Regelungseinheit (100R) ausgelegt ist, um die Basis-Achskraft-Verstärkung (GB1) zu verkleinern und die Über-Achskraft-Verstärkung (GO) mit größer werdendem Übersteuerungsgrad (DOS) zu vergrößern.