DE10240070A1

DE10240070A1 - Elektrische Servolenkvorrichtung und zugehöriges Steuerungsverfahren

Info

Publication number: DE10240070A1
Application number: DE10240070A
Authority: DE
Inventors: Akihiro Yanaka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2022-08-31
Also published as: JP2003072574A; US6742621B2; JP4710202B2; DE10240070B4; US20030042067A1

Abstract

Eine elektrische Servolenkvorrichtung (10) weist eine Lenkverbindung mit einer Vielzahl verbundener Lenkwellen (12, 14, 16), die ein Lenkrad (11) mit einem gelenkten Rad verbinden, einen Motor (21), die ein Lenkdrehmoment zur Unterstützung der Lenkverbindung bereitstellt, einen Drehmomentsensor (20), der an einem der Lenkwellen angebracht ist und das Lenkdrehmoment der Lenkwelle erfasst, einen Lenkwinkelsensor (19), der an einem der Lenkwellen angebracht ist und einen Lenkwinkel der Lenkwelle erfasst, eine Berechnungseinrichtung (22), die eine Lenkhilfsgröße auf der Grundlage des durch den Drehmomentsensor (20) erfassten Lenkdrehmoments, des durch den Lenkwinkelsensor (19) erfassten Lenkwinkels und vorbestimmten Achsenschnittwinkeln (alpha, beta) zwischen den verbundenen Lenkwellen berechnet, und eine Motortreibereinrichtung auf, die den Motor (21) derart antreibt, dass eine Lenkhilfskraft auf die Lenkverbindung auf der Grundlage der Lenkhilfsgröße beaufschlagt wird. Folglich ist es möglich, das Drehmoment durch ein einfaches Verfahren zu korrigieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkung (fremdkraftbetätigte Lenkvorrichtung), die über einen Motor eine Drehmomentvariation in einer Lenkverbindung in einem Auto korrigiert, als auch ein zugehöriges Steuerungsverfahren.

Eine elektrische fremdkraftbetätigte Lenkvorrichtung, die eine Lenkhilfskraft unter Verwendung eines Motors, wie diejenige in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 9- 254804 offenbarte ist bekannt. Bei dieser elektrischen Servolenkvorrichtung ist eine erste Welle, die mit einem Lenkrad verbunden ist, mit einer zweiten Welle über ein erstes Universalgelenk (Kardangelenk) verbunden, und die zweite Welle ist mit einer dritten Welle über ein zweites Universalgelenk verbunden, so dass eine Lenkverbindung mit einer Vielzahl von Lenkwellen aufgebaut ist. Ein Drehmomentsensor und ein Lenkwinkelsensor sind an der ersten Welle vorgesehen, und ein Motor, der eine Hilfslenkkraft an einer Verbindung beaufschlagt, die ein Drehmoment aus der Lenkverbindung auf die Räder überträgt, ist an der Verbindung vorgesehen.

Diese elektrische Servolenkvorrichtung ist ebenfalls mit einer Steuerungseinheit versehen, die eine Steuerungsschaltung, einen Speicher und eine Treiberschaltung aufweist. In dem Speicher sind Drehmomentkorrekturdaten in Form von Kennfeldern zum Erhalt einer Drehmomentvariation der dritten Welle in Bezug auf die der ersten Welle beaufschlagten Lenkkraft gespeichert. Die Steuerungsschaltung bestimmt einen Hilfsdrehmomentwert auf der Grundlage eines Drehmomenterfassungssignals aus dem Drehmomentsensor, eines Winkelerfassungssignals aus dem Lenkwinkelsensor und der Drehmomentkorrekturdaten aus dem Speicher. Die Treiberschaltung treibt den Motor auf der Grundlage dieses Hilfsdrehmomentwerts an. Auf diese Weise wird die Lenkhilfskraft erhalten.

Bei der vorstehend beschriebenen elektrischen Servolenkvorrichtung müssen jedoch, da das Drehmoment unter Verwendung der Drehmomentkorrekturdaten in Form von Kennfeldern korrigiert wird, neue Drehmomentkorrekturdaten jedes mal erzeugt werden, wenn die Konfiguration geändert wird, beispielsweise jedes mal, wenn die Länge der Lenkwellen oder der Winkel zwischen diesen und dergleichen geändert werden, die dieser Änderung entspricht, was umständlich ist. Weiterhin erhöht die Erzeugung dieser Drehmomentkorrekturdaten auf der Grundlage von experimentellen Werten die Anzahl der benötigten Mannstunden.

Weiterhin ist es bei einer elektrischen, fremdkraftbetätigten Lenkvorrichtung, die mit einem Lenkmechanismus mit variablem Verhältnis (variable-ratio steering mechanism) versehen ist, die die Phase zwischen dem Lenkrad und dem Ende der Lenkverbindung ändert, das dem Lenkrad gegenüberliegt, es extrem schwierig, geeignete Korrekturdaten zu erzeugen, und darüber hinaus sind die Anbringungspositionen des Drehmomentsensors und des Lenkwinkelsensors begrenzt.

Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Probleme liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine elektrische Servolenkvorrichtung bereitzustellen, bei der i) Drehmomentkorrektur durch ein einfaches Verfahren möglich ist, ii) bei der ein Drehmomentsensor, ein Lenksensor und ein Motor und dergleichen an jedem beliebigen Abschnitt einer der Lenkwellen angebracht werden kann, und iii), die ebenfalls mit einem Lenkmechanismus mit variablem Verhältnis versehen werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Servolenkvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Steuerungsverfahren gemäß Patentanspruch 7 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Zur Lösung der vorstehend beschriebenen Aufgabe wird eine elektrische Servolenkvorrichtung bereitgestellt, die i) eine Lenkverbindung mit einer Vielzahl verbundener Lenkwellen, die ein Lenkrad mit einem gelenkten Rad verbinden, ii) einen Motor, das ein Lenkdrehmoment zur Unterstützung der Lenkverbindung bereitstellt, iii) einen Drehmomentsensor, der an einem der Lenkwellen angebracht ist und das Lenkdrehmoment der Lenkwelle erfasst, iv) einen Lenkwinkelsensor, der an einem der Lenkwellen angebracht ist und einen Lenkwinkel der Lenkwelle erfasst, v) eine Berechnungseinrichtung, die eine Lenkhilfsgröße auf der Grundlage des durch den Drehmomentsensor erfassten Lenkdrehmoments, des durch den Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkels und vorbestimmten Achsenschnittwinkeln zwischen den verbundenen Lenkwellen berechnet, und vi) eine Motorsteuerungseinrichtung aufweist, die den Motor derart antreibt, dass eine Lenkhilfskraft auf die Lenkverbindung auf der Grundlage der Lenkhilfsgröße beaufschlagt wird.

Außerdem wird ein Steuerungsverfahren einer elektrischen Servolenkvorrichtung bereitgestellt, die aufweist: eine Lenkverbindung mit einer Vielzahl verbundener Lenkwellen, die ein Lenkrad mit einem gelenkten Rad verbinden, einen Motor, die ein Lenkdrehmoment zur Unterstützung der Lenkverbindung bereitstellt, einen Drehmomentsensor, der an einem der Lenkwellen angebracht ist und das Lenkdrehmoment der Lenkwelle erfasst, und einen Lenkwinkelsensor, der an einem der Lenkwellen angebracht ist und einen Lenkwinkel der Lenkwelle erfasst, wobei das Steuerungsverfahren die Schritte aufweist: Berechnen einer Lenkhilfsgröße auf der Grundlage des durch den Drehmomentsensor erfassten Lenkdrehmoments, des durch den Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkels und vorbestimmten Achsenschnittwinkeln zwischen den verbundenen Lenkwellen, und Antreiben des Motors derart, dass eine Lenkhilfskraft auf die Lenkverbindung auf der Grundlage der Lenkhilfsgröße beaufschlagt wird.

Bei der elektrischen Servolenkungsvorrichtung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau und dem vorstehend beschriebenen Steuerungsverfahren kann, da die Lenkhilfsgröße durch Berechnung aus dem Lenkdrehmoment, dem Lenkwinkel und der Achsenschnittwinkel zwischen jeder der Lenkwellen erhalten wird, eine korrekte Hilfskraft stets der Lenkverbindung ungeachtet des Positionsverhältnisses, beispielsweise des Achsenschnittwinkels zwischen jeden der Lenkwellen erhalten werden, wodurch dem Fahrer ein gleichförmiger, stabiler Lenkeindruck gegeben wird. Zusätzlich können, da die Lenkhilfsgröße auf der Grundlage des durch den Drehmomentsensor erfassten Lenkdrehmoments, dem durch den Lenkwinkelsensor erfassten Lenkwinkel und dem Achsenschnittwinkel zwischen den Lenkwinkeln berechnet wird, die Anbringungsstellen des Drehmomentsensors und des Lenkwinkelsensors überall an den Lenkwellen sein, was den Freiheitsgrad bei der Auslegung der Konstruktion verbessert.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist wird eine elektrische Servolenkvorrichtung geschaffen mit weiterhin i) einem Lenkmechanismus mit variablem Verhältnis, das an einem der Lenkwellen vorgesehen ist und das ein Phasenverhältnis zwischen beiden Endabschnitten der Lenkwelle ändern kann, und ii) einer Lenkmechanismussteuerungseinrichtung, die den Lenkmechanismus mit variablem Verhältnis antreibt, eine Variationsgröße in der Phase der Lenkwelle korrigiert, und korrigierte Daten davon zu einer Berechnungseinrichtung sendet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Steuerungsverfahren für eine elektrische Servolenkvorrichtung geschaffen, die weiterhin die Lenkmechanismussteuerungseinrichtung (Einrichtung zur Steuerung des Lenkmechanismus mit variablem Verhältnis) aufweist. Dieses Steuerungsverfahren weist den Schritt Ändern des Phasenverhältnisses beider Endabschnitte irgendeiner der Lenkwellen auf.

Selbst falls die elektrische Servolenkvorrichtung mit einem Lenkmechanismus mit variablem Verhältnis versehen ist, kann die vorstehend beschriebene elektrische Servolenkvorrichtung und deren Steuerungsverfahren eine Variation, falls eine vorhanden ist, bei einem Übergangsdrehmoment, das auf der Grundlage einer Änderung in den oberen und unteren Phasen der Lenkwellen verursacht wird, die durch den Lenkmechanismus mit variablem Verhältnis entsteht, indem die Hilfsgröße mit der Motorsteuerungseinrichtung (Servolenkungs-ECU) für die Lenkhilfskraft gesteuert wird.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 ein Blockschaltbild der Funktionen der elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 eine erläuternde Darstellung, die einen Zustand veranschaulicht, in der ein Drehmoment zwischen den Lenkwellen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel übertragen wird,
Fig. 4 ein Kurvendiagramm der Kennlinien des Drehmomentverhältnisses in Bezug auf die Wellenrotation gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Fig. 6 ein Blockschaltbild der Funktionen der elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Nachstehend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
Zunächst ist ein erstes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrischen Servolenkvorrichtung (fremdkraftbetätigten Lenkvorrichtung) 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der Funktionen der elektrischen Servolenkvorrichtung 10 gemäß Fig. 1.
Bei der elektrischen Servolenkvorrichtung 10 ist ein unterer Endabschnitt einer Hauptwelle 12, die mit einem Lenkrad 11 verbunden ist, mit einem oberen Endabschnitt einer mittleren Welle 14 über ein erstes Universalgelenk (Kardangelenk) 13 verbunden. Ein unterer Endabschnitt der mittleren Welle 14 ist mit einem oberen Endabschnitt einer Verlängerungswelle 16 über ein zweites Universalgelenk 15 verbunden. Ein unterer Endabschnitt der Verlängerungswelle 16 ist mit einem Ritzel (Zahntriebwerk) verbunden, das innerhalb einer Getriebebox 17 untergebracht ist, und mit einer Zahnstange 18 im Eingriff steht.
Daher wird, wenn das Lenkrad 11 gedreht wird, die Drehkraft auf die Verlängerungswelle 16 über die Hauptwelle 12, das erste Universalgelenk 13, die mittlere Welle 14 und das zweite Universalgelenk 15 derart übertragen, dass das Ritzel in dem Getriebe 17 gedreht wird. Das Drehen des Ritzels in dem Getriebe 17 bewegt wahlweise die Zahnstange 18 in die Richtungen der Pfeile a und b, die daraufhin die Richtung der nicht gezeigten gelenkten Räder ändern. Die Lenkverbindung weist die drei Lenkwellen auf, bei denen es sich um die Hauptwelle 12, die mittlere Welle 14 und die Verlängerungswelle 16 handelt. Außerdem ist in der Figur der von der Hauptwelle 12 und der mittleren Welle 14 gebildete Achsenwinkel (Achsenschnittwinkel) als α bezeichnet, und ist der von der mittleren Welle 14 und der Verlängerungswelle 16gebildete Achsenwinkel (Achsenschnittwinkel) als β bezeichnet.
Das erste Universalgelenk 13 ist derart aufgebaut, dass eine Gelenkgabel 12a, die mit dem unteren Ende der Hauptwelle 12 verbunden ist und einstückig damit rotiert, über einen Kreuzstift (cross-pin) 13a mit einer Gelenkgabel 14a verbunden ist, die mit dem oberen Ende der mittleren Welle 14 verbunden ist und einstückig damit rotiert. Außerdem ist das zweite Universalgelenk 15 derart aufgebaut, dass eine Gelenkgabel 14b, die mit dem unteren Ende der mittleren Welle 14 verbunden ist und einstückig damit rotiert, über einen Kreuzstift 15a mit einer Gelenkgabel 16a verbunden ist, die mit dem oberen Ende der Verlängerungswelle 16 verbunden ist und einstückig damit rotiert.
An der Hauptwelle 12 sind ein Lenkwinkelsensor 19, der einen Rotationswinkel der Hauptwelle 12 bei Drehung des Lenkrades 11 erfasst, ein Drehmomentsensor 20, der ein Lenkdrehmoment der Hauptwelle 12 erfasst, und ein Hilfsmotor 21 angebracht, der ein Motor ist, der eine Lenkhilfskraft auf die Hauptwelle 12 beaufschlagt. Der Lenkwinkelsensor 19, der Drehmomentsensor 20 und der Hilfsmotor 21 sind jeweils mit einer Servolenkungs-ECU (elektronischen Steuerungseinheit) 22 verbunden.
Die Servolenkungs-ECU 22 verwendet einen Computer, der entsprechend einer Programmroutine als dessen Hauptkomponente betrieben wird. Gemäß dem in Fig. 2 gezeigten Funktionsblockschaltbild weist die Servolenkungs-ECU 22 einen Drehmomentsvariationskorrektur-Berechnungsabschnitt 22a, einen Hilfsgrößenberechnungsabschnitt 22b und einen Motortreiber 22c auf, der als Motortreibereinrichtung dient. Der Drehmomentvariationskorrektur- Berechnungsabschnitt 22a empfängt als ein Lenkwinkelsignal einen Rotationswinkel θ der Hauptwelle 12, der durch den Lenkwinkelsensor 19 erfasst wird, und berechnet einen Korrekturwert unter Verwendung der vorstehend erwähnten Achsenschnittwinkeln α und β sowie einer (anfänglichen) Phase der oberen und unteren Gabeln. Der Drehmomentvariationskorrektur-Berechnungsabschnitt 22a sendet diesen Korrekturwert zu dem Hilfsgrößenberechnungsabschnitt 22b.
Der Hilfsgrößenberechnungsabschnitt 22b empfängt diesen aus dem Drehmomentvariationskorrektur- Berechnungsabschnitt 22a gesendeten Korrekturwert sowie Signal, das einen durch den Drehmomentsensor 20 erfassten Drehmomentwert T angibt. Der Hilfsgrößenberechnungsabschnitt 22b berechnet eine Hilfsgröße auf der Grundlage dieser Signale und sendet ein die Hilfsgröße angebendes Signal zu dem Motortreiber 22c. Der Motortreiber 22c sendet dann das aus dem Hilfsgrößenberechnungsabschnitt 22b empfangene Signal zu dem Hilfsmotor 21 als ein Signal, das einen Treiberstrom angibt, um den Hilfsmotor 21 anzutreiben.
In dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann, wenn der Achsenschnittwinkel der Hauptwelle 12 und der mittleren Welle 14 oder der Achsenschnittwinkel der mittleren Welle 14 und der Verlängerungswelle 16 als α bezeichnet wird, das Eingangs-/ Ausgangsverhältnis des Drehmoments mit dem ersten Universalgelenk 13 oder dem zweiten Universalgelenk 15 mit der Gleichung 1 ausgedrückt werden.
Gleichung 1:

f(α, θin) = Tout/ Tin = cosα/(1-sin²θin × sin²α)
In sowohl Fig. 3 als auch der Gleichung 1 bezeichnet Tin das Drehmoment der Wellen an der Eingangsseite (die Hauptwelle 12 oder die mittlere Welle 14) und Tout bezeichnet das Drehmoment der Welle an der Ausgangsseite (die mittlere Welle 14 oder die Verlängerungswelle 16). Außerdem bezeichnet θin den Rotationswinkel der Wellen an der Eingangsseite. In diesem Fall ändert sich die Drehmomentvariation Tout/Tin in Bezug auf den Eingangswinkel θin gemäß Gleichung 1 in Zyklen von 180°, wie es in Fig. 4 dargestellt ist.
Dabei ist das Eingangs-/ Ausgangsverhältnis des Drehmoments bei dem ersten Universalgelenk 13 gemäß Fig. 1 in Bezug auf den Winkel der Gelenkgabel 12a, auf die sich bezogen wird, wenn die Gelenkgabel 12a senkrecht zu einer die Hauptwelle 12 und die mittlere Welle 14 enthaltenden Ebene A ist, mit einer Kurve a gemäß Fig. 4 ausgedrückt. Außerdem ist das Eingangs-/Ausgangsverhältnis des Drehmoments bei dem zweiten Universalgelenk 15 in Bezug auf den Winkel der Gelenkgabel 14b, auf das sich bezogen wird, wenn die Gelenkgabel 14b senkrecht zu einer die mittlere Welle 14 und die Verlängerungswelle 16 enthaltenden Ebene B ist, mit einer Kurve b in Fig. 4 ausgedrückt. Die Phasendifferenz zwischen der Kurve a und der Kurve b wird als γ bezeichnet. Der Rotationswinkel der Eingangs-/Ausgangswinkel an jeder Gabel wird durch die nachstehende Gleichung 2 ausgedrückt.
Gleichung 2:

g(α, θin) = θout = tan^-1{tanθin × cosα}
θout bezeichnet den Rotationswinkel der Welle an der Ausgangsseite, die in diesem Fall der Rotationswinkel der mittleren Welle 14 oder der Verlängerungswelle 16 ist. Somit können, da das Drehmomentverhältnis und der Rotationswinkel durch Gleichung 1 und Gleichung 2 ausgedrückt werden können, Gleichung 1 und Gleichung 2 zum Erhalt der Drehmomentvariation der Hauptwelle 12 und der Verlängerungswelle 16 verwendet werden. Das heißt, dass durch Bezeichnung des Drehmoments der Hauptwelle 12 als ein Säulenwellendrehmoment (column shaft torque) T1 und deren Rotationswelle als θ1, Bezeichnen des Drehmoments der mittleren Welle 14 als T2 und deren Rotationswinkel als θ2, und Bezeichnen des Drehmoments der Verlängerungswelle 16 als T3 und deren Rotationswinkel als θ3 die gegenseitigen Verhältnisse zwischen dem Drehmoment T1, dem Drehmoment T2 und dem Drehmoment T3 durch die nachstehenden Gleichungen ausgedrückt werden. Zunächst kann das Drehmomentverhältnis T2/T1 der Hauptwelle 12 und der mittleren Welle 14 durch die Funktion gemäß der nachstehenden Gleichung 3 ausgedrückt werden.
Gleichung 3:

T2/T1 = f(α, θ1)
Ebenfalls wird ein Rotationswinkelvariationsausdruck g durch θ2 = g(α, θ1) ausgedrückt. Nachstehend kann das Drehmomentverhältnis T3/T2 der mittleren Welle 14 und der Verlängerungswelle 16 durch die in Gleichung 4 ausgedrückte Funktion ausgedrückt werden.
Gleichung 4:

T3/T2 = f(β, γ + θ2)
Daher kann die Drehmomentvariation T3/T1 der Hauptwelle 12 und der Verlängerungswelle 16 durch Multiplizieren von Gleichung 3 mit Gleichung 4 erhalten werden, was zu der nachstehenden Gleichung 5 führt.

T3/T1 = f(α, θ1) × f (β, γ + θ2) = F(θ1)
In den vorstehend beschriebenen Gleichungen bezeichnet f den Drehmomentverhältnisausdruck und bezeichnet g den Rotationswinkelvariationsausdruck. Daher ist es gemäß Gleichung 5 möglich, die Drehmomentvariation der Hauptwelle 12 und der Verlängerungswelle 16 zu erhalten. Die Sollhilfsgröße, wenn keine Drehmomentvariation in der Lenkverbindung vorhanden ist, wird als "Grundhilfsgröße" bezeichnet. Der Korrekturwert, der den Hilfsmotor 21 korrigiert, wird von der erhaltenen Drehmomentvariation erhalten. Der Motortreiberstrom entsprechend der Grundhilfsgröße und dem Korrekturwert fließt zu dem Hilfsmotor 21, um den Hilfsmotor 21 anzutreiben. Folglich kann die Hilfsgröße implementiert werden, ohne dass eine Drehmomentvariation in der Hauptwelle 12 erzeugt wird.
Die Hilfsgröße verringert die von dem Fahrer zum Drehen des Lenkrads erforderliche Lenkkraft derart, dass die Summe dieser Hilfsgröße und des durch den Fahrer bereitgestellten manuellen Drehmoments das an die Hauptwelle 12 ausgegebene Ausgangsdrehmoment ist. Daher wird das Verhältnis zwischen diesem manuellen Drehmoment M, dem Motorhilfsdrehmoment PS (M, θ1) und dem Säulenwellendrehmoment T1(θ1) durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt.
Gleichung 6:

M + PS (M, θ1) = T1 (θ1)
Gleichung 7:

T3 = F (θ1) × T1 (θ1) = F (θ1) × (M + PS (M, θ1))
Gleichung 8:

PS(M, θ1) = T3/ F(θ1)-M
Dadurch, dass der Sollwert von T3 in Bezug auf M zu einer Hilfsverhältnisfunktion As(M) gemacht wird, kann die nachstehend beschriebene Gleichung 9 erhalten werden. Dabei wird die Hilfsverhältnisfunktion As(M) normalerweise durch einen vorab eingestellten Ausdruck oder ein Kennfeld bestimmt.
Gleichung 9:

T3 = As (M)
⊃PS (M, θ1) = As (M) / F(θ1)-M
Das manuelle Drehmoment M ist ein durch den Drehmomentsensor 20 erfasster Drehmomentwert. Indem die zu dem Hilfsmotor 21 ausgegebene Hilfsgröße auf der Grundlage dieses theoretischen Ausdrucks derart gesteuert wird, dass er PS(M, θ1) wird, ist der Fahrer daher in der Lage, gleichmäßig ohne einen unangenehmen Eindruck aufgrund der Drehmomentvariation zu lenken. In diesem Fall wird der Berechnungsprozess für die Drehmomentvariation T3/ T1 = F(θ1) durch den Drehmomentvariationskorrektur-Berechnungsabschnitt 22a durchgeführt und wird der Berechnungsprozess für das Motorhilfsdrehmoment PS(M, θ1) durch den Hilfsgrößenberechnungsabschnitt 22b ausgeführt.
Dementsprechend wird mit der elektrischen Servolenkungsvorrichtung 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Hilfsgröße durch Berechnung auf der Grundlage des Achsenschnittwinkels α der Hauptwelle 12 und der mittleren Welle 14, des Achsenschnittwinkels β der mittleren Welle 14 und der Verlängerungswelle 16, des durch den Lenkwinkelsensor 19 erfassten Rotationswinkel der Hauptwelle 12 und des durch den Drehmomentsensor 20 erfassten Drehmoments der Hauptwelle 12 erhalten. Daraufhin wird die Hilfskraft für den Hilfsmotor 21 entsprechend dieser Hilfsgröße ausgegeben. Der Erhalt der Hilfsgröße auf der Grundlage dieses theoretischen Ausdrucks ermöglicht, dass die Drehmomentkorrektur einfach ohne die Erfordernis zur Erzeugung größerer Mengen von Daten und Durchführung einer komplizierten Steuerung erhalten wird, wie es im Stand der Technik der Fall ist. Außerdem kann, da der Berechnungsprozess entsprechend dem Aufbau der Lenkungsverbindung durchgeführt werden kann, das Drehmoment ungeachtet des Aufbaus der Lenkverbindung korrigiert werden.
Die vorstehend beschriebene Steuerung liegt bei einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung der Säulenbauart (column-type) vor, bei der der Lenkwinkelsensor 19, der Drehmomentsensor 20 und der Hilfsmotor 21 an die Hauptwelle 12 angebracht sind. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können jedoch der Lenkwinkelsensor 19, der Drehmomentsensor 20 und der Hilfsmotor 21 ebenfalls an einem anderen Abschnitt als an der Hauptwelle 12 angebracht werden. Beispielsweise kann bei einer elektrischen Servolenkvorrichtung der Ritzelbauart (pinion-type), bei der lediglich der Lenkwinkelsensor 19 an der Hauptwelle 12 und der Drehmomentsensor 20 sowie der Hilfsmotor 21 an einem Abschnitt vorgesehen sind, bei dem das Ritzel in dem Getriebe 17 und die Zahnstange 18 verbunden sind, die Hilfsgröße entsprechen der nachstehenden Gleichung 10 erhalten werden.
Gleichung 10:

T3 + Ps(θ1) = Tp, Tp = As(M)

Tp in Gleichung 10 bezeichnet ein Ritzeleingriffsdrehmoment. Aus der Gleichung 5 wird die Gleichung T3 = F(θ1) × T1 erhalten, und aus dieser Gleichung und der Gleichung 10 wird die Gleichung Tp = F(θ1) X T1 + Ps(θ1) derart erhalten, dass die nachstehende Gleichung 11 erhalten wird.
Gleichung 11:

PS(Mθ) = Tp - F(θ1) × T1 = Tp - F(θ1) X M
⊃PS(M,θ1) = As (M) - F(θ1) X M
Durch Erhalt von F(θ1) unter Verwendung der Gleichungen 1 und 5 kann das Motorhilfsdrehmoment PS(M,θ1) erhalten werden.
Auf diese Weise kann mit der elektrischen Servolenkungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel das Drehmoment selbst dann korrekt erhalten werden, wenn der Drehmomentsensor 20 und der Hilfsmotor 21 an einem anderen Abschnitt als an der Hauptwelle 12 angebracht sind. Weiterhin können der Drehmomentsensor 20 und der Hilfsmotor 21 an die mittlere Welle 14 angebracht werden, und der Lenkwinkelsensor 19 kann ebenfalls an einem anderen Abschnitt als an die Hauptwelle 12 angebracht werden. In diesem Fall kann eine geeignete Hilfsgröße durch einfaches Modifizieren der vorstehend beschriebenen Gleichungen erhalten werden, so dass die Anbringungspositionen des Lenkwinkelsensors 19, des Drehmomentsensors 20 und des Hilfsmotors 21 nicht länger einschränkend sind.
Weiterhin zeigen Fig. 5 und Fig. 6 eine elektrische Servolenkungsvorrichtung 30 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Bei dieser elektrischen Servolenkungsvorrichtung 30 ist ein Lenkwinkelsteuerungsbetätigungsglied 32 an einer mittleren Welle 31 derart angebracht, dass ermöglicht wird, dass eine Phase eines oberen Abschnitts 31a und eines unteren Abschnitts 31b der mittleren Welle 31 sich ändern können. Diese mittlere Welle 31 und das Lenkwinkelsteuerungsbetätigungsglied 32 dienen zusammen als ein Lenkmechanismus mit variablem Verhältnis, der eine derartige Steuerung ermöglicht, dass, wenn das Lenkrad 11 um eine vollständige Umdrehung gedreht wird, die Verlängerungswelle 16 beispielsweise zwei vollständige Umdrehungen durchführt.
Das Lenkwinkelsteuerungsbetätigungsglied 32 ist mit einer Lenkwinkelsteuerungs-ECU 33 verbunden, die das Lenkwinkelsteuerungsbetätigungsglied 32 steuert. Die Lenkwinkelsteuerungs-ECU 33 ist außerdem mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 34, dem Lenkwinkelsensor 19 und der Servolenkungs-ECU 22 verbunden. Der Aufbau anderer Teile bei dieser elektrischen Servolenkungsvorrichtung 30 ist der selbe wie bei der vorstehend beschriebenen Servolenkungsvorrichtung 10 und gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die Lenkwinkelsteuerungs-ECU 33 empfängt ein Lenkwinkelsignal, das den von dem Lenkwinkelsensor 19 erfassten Rotationswinkel der Hauptwelle 12 angibt. Die Lenkwinkelsteuerungs-ECU 33 empfängt außerdem ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, das die durch den Fahrzeuggeschwindigkeitsensor 34 erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit angibt. Die Lenkwinkelsteuerungs- ECU 33 berechnet einen gegenwärtigen Wert auf der Grundlage des Lenkwinkelsignals und des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals, um das Lenkwinkelsteuerungsbetätigungsglied 32 zu betätigen, und sendet ein Signal, das den berechneten gegenwärtigen Wert angibt, zu dem Lenkwinkelsteuerungsbetätigungsglied 32, um dieses zu betätigen. Die Lenkwinkelsteuerungs-ECU 33 empfängt außerdem ein Signal, das den Betriebswinkel der mittleren Welle 31 angibt, die mit der Betätigung des Lenkwinkelsteuerungsbetätigungsglieds 32 rotiert, und gibt dieses dann zu der Servolenkungs-ECU 22 aus.
Weiterhin steuert die Lenkwinkelsteuerungs-ECU 33 den Betätigungswinkel des Lenkwinkelsteuerungsbetätigungsglieds 32 derart, dass es beispielsweise um eine große Größe in der Richtung der Hauptwellenrotation im Bezug auf den Hauptwellenrotationswinkel rotiert, wenn das Fahrzeug mit niedrigen Geschwindigkeiten fährt, und nur wenig oder in umgekehrter Richtung rotiert, wenn das Fahrzeug mit hohen Geschwindigkeiten fährt.
Weiterhin nimmt, wenn das Lenkwinkelsteuerungsbetätigungsglied 32 betätigt wird und die Phase des oberen Abschnitts 31a und des unteren Abschnitts 31b der mittleren Welle 31 sich geändert hat, die Lenkwinkelsteuerungs-ECU 33 den Betätigungswinkel der mittleren Welle 31 als einen relativen Winkel durch eine Berechnungsprozess auf, und sendet ein Signal, das diesen Betätigungswinkel angibt, zu dem Drehmomentvariationskorrektur-Berechnungsabschnitt 22a. Dieser Betätigungswinkel ist ein Betätigungswinkelsensorwert innerhalb des Lenkwinkelsteuerungsbetätigungsglieds 32, das als Ergebnis der Lenkwinkelsteuerungs-ECU 33 erzeugt wird, die das Lenkwinkelsteuerungsbetätigungsglied 32 antreibt, oder ist ein Betätigungsbefehlswert der Lenkwinkelsteuerungs-ECU 33 (oder ein Treibersteuerungswert).
Der Drehmomentvariationskorrektur-Berechnungsabschnitt 22a erhält dann die Drehmomentvariation durch einen Berechnungsprozess unter Verwendung des Lenkwinkelsignals aus dem Lenkwinkelsensor 19 und des Betätigungswinkelsignals aus der Lenkwinkelsteuerungs-ECU 33, und sendet ein Signal, das die erhaltenden Daten angibt, zu dem Hilfsgrößenberechnungsabschnitt 22b. Dies wird durch Modifizierung von Gleichung 4 zu T3/T2 = f(β, γ + θ2 + ε). ε bezeichnet den Betätigungswinkel des Lenkwinkelsteuerungsbetätigungsglieds 32. Danach empfängt, wie bei der Steuerung der elektrischen Servolenkungsvorrichtung 10, der Hilfsgrößenberechnungsabschnitt 22b ein aus dem Drehmomentsvariationskorrekturberechnungsabschnitt 22a gesendetes Signal und ein Drehmomentsignal, das das durch den Drehmomentsensor 20 erfasste Drehmoment angibt, und berechnet die Hilfsgröße anhand dieser Signale. Der Hilfsgrößenberechnungsabschnitt 22b gibt dann ein diese Hilfsgröße angebendes Signal zu dem Motortreiber 22c aus, der darauf hin das empfangene Signal als ein Treiberstromsignal zu dem Hilfsmotor 21 sendet, um den Hilfsmotor 21 anzutreiben.
Die Drehmomentvariation T3/T1 und das Motorhilfsdrehmoment PS(M, θ1) in diesem Fall können unter Verwendung der Gleichungen 1 bis 11 erhalten werden. Auf diese Weise kann bei der elektrischen Servolenkungsvorrichtung 30 gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Drehmoment genau korrigiert werden, selbst wenn ein Lenkmechanismus mit variablem Verhältnis vorgesehen ist, so dass der Fahrer stets einen korrekten Lenkeindruck erhält. Weiterhin kann dies ebenfalls in der selben Weise und mit den selben Vorteilen angewandt werden, wenn drei oder mehr Gelenke vorhanden sind.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es verständlich, dass die Erfindung nicht auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele oder Aufbauten beschränkt ist. Im Gegensatz dazu soll die Erfindung verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken. Außerdem fallen, obwohl die verschiedenen Elemente der bevorzugten Ausführungsbeispiele in verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen gezeigt sind, die beispielhaft sind, andere Kombinationen und Konfigurationen einschließlich mehr, weniger oder lediglich einem einzelnen Element ebenfalls innerhalb des Umfangs der Erfindung.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, weist eine elektrische Servolenkvorrichtung (10) eine Lenkverbindung mit einer Vielzahl verbundener Lenkwellen (12, 14, 16), die ein Lenkrad (11) mit einem gelenkten Rad verbinden, einen Motor (21), die ein Lenkdrehmoment zur Unterstützung der Lenkverbindung bereitstellt, einen Drehmomentsensor (20), der an einem der Lenkwellen angebracht ist und das Lenkdrehmoment der Lenkwelle erfasst, einen Lenkwinkelsensor (19), der an einem der Lenkwellen angebracht ist und einen Lenkwinkel der Lenkwelle erfasst, eine Berechnungseinrichtung (22), die eine Lenkhilfsgröße auf der Grundlage des durch den Drehmomentsensor (20) erfassten Lenkdrehmoments, des durch den Lenkwinkelsensor (19) erfassten Lenkwinkels und vorbestimmten Achsenschnittwinkeln (α, β) zwischen den verbundenen Lenkwellen berechnet, und eine Motortreibereinrichtung auf, die den Motor (21) derart antreibt, dass eine Lenkhilfskraft auf die Lenkverbindung auf der Grundlage der Lenkhilfsgröße beaufschlagt wird. Folglich ist es möglich, das Drehmoment durch ein einfaches Verfahren zu korrigieren.

Claims

1. Elektrische Servolenkvorrichtung (10, 30) mit einer Lenkverbindung mit einer Vielzahl verbundener Lenkwellen (12, 14, 16), die ein Lenkrad (11) mit einem gelenkten Rad verbinden,
einem Motor (21), die ein Lenkdrehmoment zur Unterstützung der Lenkverbindung bereitstellt,
einem Drehmomentsensor (20), der an einem der Lenkwellen angebracht ist und das Lenkdrehmoment der Lenkwelle erfasst,
einem Lenkwinkelsensor (19), der an einem der Lenkwellen angebracht ist und einen Lenkwinkel der Lenkwelle erfasst, mit
einer Berechnungseinrichtung (22), die eine Lenkhilfsgröße auf der Grundlage des durch den Drehmomentsensor (20) erfassten Lenkdrehmoments, des durch den Lenkwinkelsensor (19) erfassten Lenkwinkels und vorbestimmten Achsenschnittwinkeln (α, β) zwischen den verbundenen Lenkwellen berechnet, und
einer Motortreibereinrichtung (22c), die den Motor (21) derart antreibt, dass eine Lenkhilfskraft auf die Lenkverbindung auf der Grundlage der Lenkhilfsgröße beaufschlagt wird.

2. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Berechnungseinrichtung (22) die Lenkhilfsgröße auf der Grundlage eines Hilfsverhältnisses berechnet, das ein Sollwert für ein Ausgangsdrehmoment der Lenkverbindung in Bezug auf das Lenkdrehmoment ist.

3. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Hilfsverhältnis vorab entsprechend einer Operationsgleichung eingestellt ist.

4. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Hilfsverhältnis vorab entsprechend einem Kennfeld eingestellt ist.

5. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, mit
einem Lenkmechanismus mit variablem Verhältnis (32), das an einem der Lenkwellen vorgesehen ist und das ein Phasenverhältnis zwischen beiden Endabschnitten der Lenkwelle ändern kann, und
einer Lenkmechanismussteuerungseinrichtung (33), die den Lenkmechanismus mit variablem Verhältnis (32) antreibt, eine Variationsgröße in der Phase der Lenkwelle korrigiert, und korrigierte Daten davon zu einer Berechnungseinrichtung (22) sendet.

6. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 5, wobei weiterhin ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor vorgesehen ist, der eine Fahrzeuggeschwindigkeit erfasst, und der Lenkmechanismus mit variablem Verhältnis (32) ein Phasenverhältnis zwischen beiden Endabschnitten der Lenkwelle auf der Grundlage des erfassten Lenkwinkels und der erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit ändert.

7. Steuerungsverfahren einer elektrischen Servolenkvorrichtung (10, 30), die aufweist: eine Lenkverbindung mit einer Vielzahl verbundener Lenkwellen (12, 14, 16), die ein Lenkrad (11) mit einem gelenkten Rad verbinden, einen Motor (21), die ein Lenkdrehmoment zur Unterstützung der Lenkverbindung bereitstellt, einen Drehmomentsensor (20), der an einem der Lenkwellen angebracht ist und das Lenkdrehmoment der Lenkwelle erfasst, und einen Lenkwinkelsensor (19), der an einem der Lenkwellen angebracht ist und einen Lenkwinkel der Lenkwelle erfasst, wobei das Steuerungsverfahren die Schritte aufweist:
Berechnen einer Lenkhilfsgröße auf der Grundlage des durch den Drehmomentsensor (20) erfassten Lenkdrehmoments, des durch den Lenkwinkelsensor (19) erfassten Lenkwinkels und vorbestimmten Achsenschnittwinkeln (α, β) zwischen den verbundenen Lenkwellen, und
Antreiben des Motors (21) derart, dass eine Lenkhilfskraft auf die Lenkverbindung auf der Grundlage der Lenkhilfsgröße beaufschlagt wird.

8. Steuerungsverfahren nach Anspruch 7, wobei die Lenkhilfsgröße auf der Grundlage eines Hilfsverhältnisses berechnet wird, das ein Sollwert für ein Ausgangsdrehmoment der Lenkverbindung in Bezug auf das Lenkdrehmoment ist.

9. Steuerungsverfahren nach Anspruch 7, wobei das Hilfsverhältnis vorab entsprechend einer Operationsgleichung eingestellt ist.

10. Steuerungsverfahren nach Anspruch 8, wobei das Hilfsverhältnis vorab entsprechend einem Kennfeld eingestellt ist.

11. Steuerungsverfahren nach Anspruch 7, mit dem Schritt Ändern eines Phasenverhältnisses zwischen beiden Endabschnitten irgendeiner der Lenkwellen (31).

12. Steuerungsverfahren nach Anspruch 7 mit dem Schritt Ändern eines Phasenverhältnisses zwischen beiden Endabschnitten irgendeiner der Lenkwellen (31) auf der Grundlage des erfassten Lenkwinkels und einer erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit ändert.