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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkvorrichtung (fremdkraftbetätigte Lenkvorrichtung),
die über
einen Motor eine Drehmomentvariation in einer Lenkverbindung in
einem Auto korrigiert, als auch ein zugehöriges Steuerungsverfahren.
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Eine
elektrische fremdkraftbetätigte
Lenkvorrichtung, die eine Lenkhilfskraft unter Verwendung eines
Motors, wie diejenige in der JP 9-254804 A 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.
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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.
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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.
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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,
extrem schwierig, geeignete Korrekturdaten zu erzeugen, und darüber hinaus
sind die Anbringungspositionen des Drehmomentsensors und des Lenkwinkelsensors
begrenzt.
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In
der Druckschrift
DE
42 32 256 C2 ist ein Servolenksystem gezeigt, das zwei
Kardangelenke aufweist, die drei Lenkwellen miteinander verbinden.
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Ferner
zeigt die Druckschrift
DE
698 13 643 T2 ein Servolenksystem mit variablem Übersetzungsverhältnis.
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Die
Druckschrift
DE 197
51 137 A1 zeigt eine elektrische Servolenkung, bei der
das Übersetzungsverhältnis geändert werden
kann.
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Darüber hinaus
zeigt die Druckschrift
DE
199 20 718 A1 eine Lenksteuervorrichtung für ein Fahrzeug,
bei der ein Übersetzungsverhältnis in
Abhängigkeit
der Fahrzeuggeschwindigkeit verändert
werden kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Servolenkvorrichtung,
die eine flexiblere Konstruktion mit veränderbarem Übersetzungsverhältnis bei
einem gleichmäßigen Lenkgefühl für den Fahrer
ermöglicht,
sowie ein Verfahren hierfür zu
schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine elektrische Servolenkvorrichtung gemäß Patentanspruch
1 sowie ein Steuerungsverfahren gemäß Patentanspruch 6 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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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.
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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, der 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.
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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.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung 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.
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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.
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Selbst
falls die elektrische Servolenkvorrichtung mit einem Lenkmechanismus
mit variablem Verhältnis
versehen ist, kann die wie vorstehend beschrieben konfigurierte
elektrische Servolenkvorrichtung und deren Steuerungsverfahren eine
Variation, falls eine vorhanden ist, bei einem Übergangsdrehmoment korrigieren,
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.
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Die
Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beiliegende Zeichnung näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer elektrischen Servolenkvorrichtung
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel,
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2 ein
Blockschaltbild der Funktionen der elektrischen Servolenkvorrichtung
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel,
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3 eine
erläuternde
Darstellung, die einen Zustand veranschaulicht, in der ein Drehmoment zwischen
den Lenkwellen gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel übertragen
wird,
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4 ein
Kurvendiagramm der Kennlinien des Drehmomentverhältnisses in Bezug auf die Wellenrotation
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel,
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5 eine
schematische Darstellung einer elektrischen Servolenkvorrichtung
gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und
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6 ein
Blockschaltbild der Funktionen der elektrischen Servolenkvorrichtung
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel.
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Nachstehend
ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von
Ausführungsbeispielen
beschrieben.
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Zunächst ist
ein nicht beanspruchtes Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegende
Zeichnung beschrieben. 1 zeigt eine schematische Darstellung
einer elektrischen Servolenkvorrichtung (fremdkraftbetätigten Lenkvorrichtung) 10 gemäß dem nicht
beanspruchten Beispiel, und 2 zeigt ein
Blockschaltbild der Funktionen der elektrischen Servolenkvorrichtung 10 gemäß 1.
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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.
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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 16 gebildete
Achsenwinkel (Achsenschnittwinkel) als β bezeichnet.
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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 einstöckig damit
rotiert.
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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.
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Die
Servolenkungs-ECU 22 verwendet einen Computer, der entsprechend
einer Programmroutine als dessen Hauptkomponente betrieben wird.
Gemäß dem in 2 gezeigten
Funktionsblockschaltbild weist die Servolenkungs-ECU 22 einen Drehmomentsvariationskorrekturberechnungsabschnitt 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.
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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.
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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.
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Gleichung 1:
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f(α, θin) = Tout/Tin
= cosα/(1 – sin2θin × sin2α)
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In
sowohl 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 4 dargestellt ist.
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Dabei
ist das Eingangs-/Ausgangsverhältnis des
Drehmoments bei dem ersten Universalgelenk 13 gemäß 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 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 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.
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Gleichung 2:
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g(α, θin) = θout = tan–1{tanθin × cosα}
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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.
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Gleichung 3:
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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.
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Gleichung 4:
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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)
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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.
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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.
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Gleichung 6:
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Gleichung 7:
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T3 = F(θ1) × T1(θ1) = F(θ1) ×(M + PS(M, θ1))
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Gleichung 8:
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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.
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Gleichung 9:
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T3 = As(M) ⊂ PS(M, θ1) = As(M)/F(θ1) – M
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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 sie 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.
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Dementsprechend
wird mit der elektrischen Servolenkungsvorrichtung 10 gemäß diesem
Beispiel 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.
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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 Beispiel 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.
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Gleichung 10:
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T3 + Ps θ1) = Tp, Tp = As(M)
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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) × T1 + Ps(θ1) derart
erhalten, dass die nachstehende Gleichung 11 erhalten wird.
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Gleichung 11:
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PS(Mθ)
= Tp – F(θ1) × T1 = Tp – F(θ1) × M ⊂PS(M, θ1) = As(M) – F(θ1) × M
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Durch
Erhalt von F(θ1)
unter Verwendung der Gleichungen 1 und 5 kann
das Motorhilfsdrehmoment PS(M,θ1)
erhalten werden.
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Auf
diese Weise kann mit der elektrischen Servolenkungsvorrichtung 10 gemäß dem nicht
beanspruchten Beispiel 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.
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Weiterhin
zeigen 5 und 6 eine elektrische Servolenkungsvorrichtung 30 gemäß einem 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.
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Das
Lenkwinkelsteuerungsbetätigungsglied 32 ist
mit einer Lenkwinkelsteuerungs-ECU 33 verbunden, die das
Lenkwinkelsteuerungsbetätigungsglied 32 steuert.
Die Lenkwinkelsteuerungs-ECU 33 ist außerdem mit einem Fahrzeugsgeschwindigkeitssensor 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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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Obwohl
die Erfindung unter Bezugnahme auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel
beschrieben worden ist, ist es verständlich, dass die Erfindung nicht
auf dieses bevorzugte Ausführungsbeispiel oder
diesen Aufbau beschränkt
ist. Im Gegensatz dazu soll die Erfindung verschiedene Modifikationen und äquivalente
Anordnungen abdecken. Außerdem fallen,
obwohl die verschiedenen Elemente des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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.
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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.