DE10241695A1

DE10241695A1 - Fahrzeuglenksteuersystem

Info

Publication number: DE10241695A1
Application number: DE10241695A
Authority: DE
Inventors: Kenya Uenuma; Hiroshi Mouri
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2003-05-15
Anticipated expiration: 2022-09-10
Also published as: JP2003081111A; US20030055545A1; DE10241695B4; JP3705173B2; US6751539B2

Abstract

In einem Lenkmechanismus vom Steer-by-Wire-Typ, der eine erste Lenkeinheit, die von einem Fahrer bedient wird, und eine zweite Lenkeinheit, die gelenkte Straßenräder mit der Hilfe eines Lenkmotors lenkt, umfasst, wird ein Steuersystem verwendet mit Eingangssignal- und Ausgangssignal-Erfassungsabschnitten, die ein Eingangssignal und Ausgangssignal des Lenkmotors erfassen, einem Straßenoberflächenstörungs-Abschätzabschnitt, der eine Störung der Straßenoberfläcge auf der Basis sowohl des erfassten Eingangssignals als auch Ausgangssignals des Lenkmotors abschätzt, und einem Lenkreaktionskraft-Berechnungsabschnitt, der auf der Basis der abgeschätzten Störung der Straßenoberfläche eine Lenkreaktionskraft berechnet, die auf ein Lenkrad der ersten Lenkeinheit aufgebracht werden soll.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Fahrzeuglenksteuersysteme und insbesondere die Systeme eines sogenannten "Steer-by- Wire-Typs", bei denen eine erste Lenkeinheit, die von einem Fahrer bedient wird, und eine zweite Lenkeinheit, die gelenkte Straßenräder lenkt, nicht über einen Gestängemechanismus verbunden sind, das heißt, die gelenkten Straßenräder durch ein gespeistes Stellglied gemäß einem Informationssignal, das aus einem Sensor, der einem Lenkrad zugeordnet ist, ausgegeben wird, gelenkt werden.

Ein Lenksteuersystem vom Steer-by-Wire-Typ ist in der Japanischen offengelegten Patentanmeldung (Tokkaihei) 11-78947 gezeigt. In diesem System werden zum Lenken der gelenkten Straßenräder ein Elektromotor, der eine Leistung zum Lenken der gelenkten Straßenräder erzeugt, Abtastvorrichtungen, die einen Drehwinkel des Lenkrades und ein Lenkdrehmoment desselben abtasten, und eine Lenkreaktionskraft-Erzeugungsvorrichtung, die der Betätigungskraft des Lenkrades einen Lenkwiderstand verleiht, verwendet.

Wenn ein Kraftfahrzeug gefahren wird, muss ein Fahrer im Allgemeinen verschiedene Steuervorrichtungen gemäß den existierenden Bedingungen von dem und um das Fahrzeug mit der Hilfe einer taktilen Information sowie einer visuellen Information geeignet bedienen. Insbesondere wenn ein Lenkrad bedient wird, bildet eine Lenkreaktionskraft (nämlich eine Gegenkraft, die vom Fahrer durch das Lenkrad gespürt wird, wenn er das Lenkrad dreht) eine wichtige Information, die einen Straßenoberflächenzustand und einen Fahrzeugfahrzustand zuverlässig darstellt.

In einer Lenkvorrichtung vom bekannten Gestängetyp, bei der das Lenkrad (nämlich erste Lenkeinheit) mit den gelenkten Straßenrädern (nämlich zweite Lenkeinheit) über einen Gestängemechanismus verbunden ist, wird die Lenkreaktionskraft über den Gestängemechanismus passiv zum Fahrer übertragen. Unterdessen ist es bei einem Lenkmechanismus vom Steer-by- Wire-Typ, bei dem sich kein Gestängemechanismus zwischen dem Lenkrad und den gelenkten Straßenrädern befindet, erforderlich, eine Vorrichtung vorzusehen, die das Lenkrad zwangsläufig mit einer geeigneten Lenkreaktionskraft versieht.

Wenn ein Kraftfahrzeug wie bei Kurvenwendungen ein relativ deutliches Verhalten zeigt, wird die Lenkreaktionskraft unter Verwendung von Informationssignalen, die von einem Giergeschwindigkeitssensor und einem Seitenbeschleunigungssensor ausgegeben werden, welche im Fahrzeug montiert sind, leicht abgeleitet oder berechnet. Hinsichtlich einer Information über einen Rauheitsgrad der Straßenoberfläche ist es jedoch sehr schwierig, die Lenkreaktionskraft abzuleiten oder zu berechnen, da das Verhalten des Kraftfahrzeugs, das durch eine solche Rauhheit der Straßenoberfläche verursacht wird, ziemlich gering ist.

In dem Lenksteuersystem der vorstehend erwähnten Veröffentlichung 11-78947 ist ein Drehmomentsensor an der zweiten Lenkeinheit montiert, um eine Störung, die von der Straßenoberfläche stammt, direkt abzuleiten oder zu berechnen. Die Anordnung des Drehmomentsensors, die von dieser Veröffentlichung vorgeschlagen wird, verringert jedoch gewöhnlich die Steifigkeit der zweiten Lenkeinheit aufgrund der Art des tatsächlich verwendeten Drehmomentsensors. Das heißt, die Verwendung des Drehmomentsensors bedeutet, dass ein Wellenteil der zweiten Lenkeinheit einen diametral verringerten Teil aufweist, der einer Torsionsbewegung unterzogen wird, wenn auf diesen ein gewisses Drehmoment aufgebracht wird. Der diametral verringerte Teil verursacht die verringerte Steifigkeit der zweiten Lenkeinheit. Angesichts dessen schlägt die Japanische offengelegte Patentanmeldung (Tokkai) 2000-128002 die Verwendung eines Positionssensors vor, der eine Hubposition einer Zahnstangenwelle der zweiten Lenkeinheit abtastet. In diesem Fall hat der an der zweiten Lenkeinheit montierte Positionssensor keinen Einfluss auf die Steifigkeit der zweiten Lenkeinheit. Auf der Basis eines Informationssignals vom Positionssensor wird eine lineare Näherungsgleichung zum Berechnen der Lenkreaktionskraft verwendet. Selbst bei dieser Maßnahme wurde jedoch aufgrund des Widerspruchs der Verwendung einer solchen "linearen" Gleichung auf dem Gebiet des Lenksystems, das "nicht-lineare" Eigenschaften aufweist, keine zufriedenstellende Berechnung der Lenkreaktionskraft ausgeführt.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeuglenksteuersystem bereitzustellen, das ohne die Hilfe eines zusätzlichen Sensors eine genaue Information über einen Rauheitsgrad der Straßenoberfläche liefern kann, selbst wenn der Rauheitsgrad in einem solchen Grad klein ist, dass kein deutliches Verhalten des zugehörigen Kraftfahrzeugs hervorgerufen wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 8. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeuglenksteuersystem zur Verwendung mit einem Lenkmechanismus vom Steer-by-Wire-Typ bereitgestellt, wobei der Lenkmechanismus eine erste Lenkeinheit, die von einem Fahrer bedient wird, und eine zweite Lenkeinheit, die gelenkte Straßenräder mit der Hilfe eines Lenkstellgliedes lenkt, umfasst, wobei die erste und die zweite Lenkeinheit nicht mechanisch verbunden sind, wobei das Fahrzeuglenksteuersystem folgendes umfasst: ein Lenkreaktionskraft-Stellglied, das eine Lenkreaktionskraft, die auf die erste Lenkeinheit aufgebracht werden soll, gemäß einer gelenkten Bewegung der gelenkten Straßenräder erzeugt; einen Eingangssignal-Erfassungsabschnitt, der ein an das Lenkstellglied angelegtes Eingangssignal erfasst; einen Ausgangssignal-Erfassungsabschnitt, der ein aus dem Lenkstellglied ausgegebenes Ausgangssignal erfasst; einen Straßenoberflächenstörungs-Abschätzabschnitt, der eine Störung der Straßenoberfläche auf der Basis sowohl des erfassten Eingangssignals als auch Ausgangssignals des Lenkstellgliedes abschätzt; einen Lenkreaktionskraft-Berechnungsabschnitt, der auf der Basis der abgeschätzten Störung der Straßenoberfläche eine Lenkreaktionskraft berechnet, die auf die erste Lenkeinheit aufgebracht werden soll; und einen Lenkreaktionskraft-Steuerabschnitt, der dem Lenkreaktionskraft-Stellglied befiehlt, eine Lenkreaktionskraft gemäß der berechneten Lenkreaktionskraft zu erzeugen.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeuglenksteuersystem zur Verwendung mit einem Lenkmechanismus vom Steer-by-Wire-Typ bereitgestellt, wobei der Lenkmechanismus eine erste Lenkeinheit, die von einem Fahrer bedient wird, und eine zweite Lenkeinheit, die gelenkte Straßenräder mit der Hilfe eines Lenkstellgliedes lenkt, umfasst, wobei die erste und die zweite Lenkeinheit nicht mechanisch verbunden sind, wobei das Fahrzeuglenksteuersystem folgendes umfasst: ein Lenkreaktionskraft-Erzeugungsmittel, das eine Lenkreaktionskraft, die auf die erste Lenkeinheit aufgebracht werden soll, gemäß einer gelenkten Bewegung der gelenkten Straßenräder erzeugt; ein Eingangssignal-Erfassungsmittel, das ein an das Lenkstellglied angelegtes Eingangssignal erfasst; ein Ausgangssignal-Erfassungsmittel, das ein aus dem Lenkstellglied ausgegebenes Ausgangssignal erfasst; ein Straßenoberflächenstörungs-Abschätzmittel, das eine Störung der Straßenoberfläche auf der Basis sowohl des erfassten Eingangssignals als auch Ausgangssignals des Lenkstellgliedes abschätzt; ein Lenkreaktionskraft-Berechnungsmittel, das auf der Basis der abgeschätzten Störung der Straßenoberfläche eine Lenkreaktionskraft berechnet, die auf die erste Lenkeinheit aufgebracht werden soll; und ein Lenkreaktionskraft-Steuermittel, das dem Lenkreaktionskraft-Stellglied befiehlt, eine Lenkreaktionskraft gemäß der berechneten Lenkreaktionskraft zu erzeugen.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeuglenksteuersystems zur Verwendung mit einem Lenkmechanismus vom Steer-by-Wire- Typ bereitgestellt, wobei der Lenkmechanismus eine erste Lenkeinheit, die von einem Fahrer bedient wird, und eine zweite Lenkeinheit, die gelenkte Straßenräder ohne eine direkte Hilfe der ersten Lenkeinheit lenkt, ein Lenkstellglied, das die zweite Lenkeinheit betätigt, und ein Lenkreaktionskraft-Stellglied, das eine Lenkreaktionskraft auf die erste Lenkeinheit gemäß einer gelenkten Bewegung der gelenkten Straßenräder aufbringt, umfasst, wobei das Verfahren folgendes umfasst: Erfassen eines an das Lenkstellglied angelegten Eingangssignals; Erfassen eines aus dem Lenkstellglied ausgegebenen Ausgangssignals; Abschätzen einer Störung der Straßenoberfläche auf der Basis sowohl des erfassten Eingangssignals als auch Ausgangssignals des Lenkstellgliedes; Berechnen auf der Basis der abgeschätzten Störung der Straßenoberfläche einer Lenkreaktionskraft, die auf die erste Lenkeinheit aufgebracht werden soll; und Befehlen dem Lenkreaktionskraft-Stellglied, eine Lenkreaktionskraft gemäß der berechneten Lenkreaktionskraft zu erzeugen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung der Figuren. Es zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer Gesamtstruktur eines Fahrzeuglenksteuersystems eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Lenkmotors, der im ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird, unter einer normalen Bedingung;
Fig. 3 ein Blockdiagramm des Lenkmotors, der im ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird, unter einer Bedingung, unter der eine gewisse Störung, die von einer Rauhheit der Straßenoberfläche stammt, auf den Lenkmotor aufgebracht wird;
Fig. 4 ein Blockdiagramm, das das Konzept des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 eine Ansicht ähnlich Fig. 4, die jedoch das Konzept eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 6 eine Ansicht ähnlich Fig. 4, die jedoch das Konzept eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
Mit Bezug auf Fig. 1 ist schematisch ein Fahrzeuglenksteuersystem 100 eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung gezeigt, das praktisch auf ein Vorderradlenksystem angewendet wird, das in einem Kraftfahrzeug installiert ist.
In der Zeichnung ist mit der Ziffer 1 ein Lenkrad bezeichnet, 2 ist ein Lenkreaktionskraft-Stellglied, 7 ist ein Lenkmotor-Antriebsabschnitt, 9 ist ein Lenkmotor, 10 ist eine Lenkgetriebeeinheit, 11a und 11b sind Spurstangen, 12 ist ein Codierer, 14 ist ein Straßenoberflächenstörungs-Abschätzabschnitt, 18 ist ein Abschnitt zum Berechnen einer Lenkreaktionskraft auf der Basis einer Straßenoberflächenstörung (oder ein zweiter Lenkreaktionskraft-Berechnungsabschnitt), 21 ist ein Abschnitt zum Berechnen einer Lenkreaktionskraft auf der Basis des Fahrzeugverhaltens (oder ein erster Lenkreaktionskraft-Berechnungsabschnitt), 22 ist ein Befehlsstrom-Berechnungsabschnitt und 28 ist ein Endlenkreaktionskraft-Berechnungsabschnitt.
Das Lenkrad 1 ist eine Vorrichtung, die von einem Fahrer bedient wird. Das heißt, wenn das Lenkrad 1 vom Fahrer bedient wird, erfasst ein Drehmomentsensor 2a, der im Lenkreaktionskraft-Stellglied 2 installiert ist, ein Lenkdrehmoment "T_H", und gleichzeitig erfasst ein Codierer 2b im Stellglied 2 einen Lenkwinkel "θ_H", um den das Lenkrad 1 vom Fahrer gelenkt wurde.
In den Lenkmotor-Antriebsabschnitt 7 werden zusätzlich zu Informationssignalen über das vorstehend erwähnte Lenkdrehmoment "T_H" und den Lenkwinkel "θ_H" Informationssignale über eine Giergeschwindigkeit "y" des Fahrzeugs, die durch einen Giergeschwindigkeitskreisel oder dergleichen erfasst wird, eine Seitenbeschleunigung " ≙" des Fahrzeugs, die von einem Seitenbeschleunigungssensor oder dergleichen erfasst wird, und andere bekannte Informationen wie z. B. eine Fahrzeuggeschwindigkeit "Vs" und dergleichen eingegeben. Auf der Basis dieser eingegebenen Informationssignale berechnet der Lenkmotor-Antriebsabschnitt 7 einen Befehlsstrom "i", der an den Lenkmotor 9 angelegt wird. Wie gezeigt, wird der Befehlsstrom "i" an den Straßenoberflächenstörungs-Abschätzabschnitt 14 auch angelegt.
Die Ausgangsrotation des Lenkmotors 9 wird auf die Lenkgetriebeeinheit 10 übertragen, die vom Zahnstangentyp ist, und somit werden die gelenkten Straßenräder (nicht dargestellt) durch die Lenkgetriebeeinheit 10 über die Spurstangen 11a und 11b betätigt.
Der Codierer 12 ist konzentrisch zu einer Abtriebswelle des Lenkmotors 9 angeordnet, um einen Drehwinkel "θ" der Abtriebswelle des Lenkmotors 9 zu überwachen oder zu erfassen. Ein Informationssignal über den Drehwinkel "θ" wird zum Lenkmotor-Antriebsabschnitt 7 zurückgeführt, um den Abschnitt 7 zu zwingen, eine Servosteuerung über den gelenkten Winkel auszuführen. Das Informationssignal über den Drehwinkel "θ" wird auch dem Straßenoberflächenstörungs-Abschätzabschnitt 14 zugeführt.
Das heißt, in den Straßenoberflächenstörungs-Abschätzabschnitt 14 werden das Informationssignal über den Befehlsstrom "i", der an den Lenkmotor 9 angelegt wird, und jenes über den Drehwinkel "θ" der Abtriebswelle des Lenkmotors 9 eingegeben. Auf der Basis dieser Informationssignale "i" und "θ" berechnet der Straßenoberflächenstörungs-Aschätzabschnitt 14 ein abgeschätztes Störungsdrehmoment " ≙d", das durch die Störung der Straßenoberfläche verursacht werden würde. Der Straßenoberflächenstörungs-Abschätzabschnitt 14 umfasst im Allgemeinen einen ersten Block 15, in den das Informationssignal "i" eingegeben wird, und einen zweiten Block 16, in den das Informationssignal "θ" eingegeben wird.
Wie nachstehend beschrieben wird, wird vom ersten Block 15 ein Drehmoment "t₁", das erzeugt werden sollte, abgeschätzt. Für diese Abschätzung wird die folgende Gleichung verwendet:

wobei:
K_T: Motordrehmomentkonstante
ω: natürliche Winkelfrequenz des Systems
ξ: Dämpfungskoeffizient des Systems
s: Zeit (Sekunden)
Unterdessen wird durch den zweiten Block 16 ein Drehmoment "t₂", das befohlen werden sollte, abgeschätzt. Für diese Abschätzung wird die folgende Gleichung verwendet:

wobei:
J: Trägheitsmoment des Motors
In den zweiten Lenkreaktionskraft-Berechungsabschnitt 21 werden Informationssignale über einen Fahrzeugfahrzustand, das heißt über das Lenkdrehmoment "T_H", den Lenkwinkel "θ_H", die Giergeschwindigkeit "y" des Fahrzeugs, die Seitenbeschleunigung " ≙" des Fahrzeugs, die Fahrzeuggeschwindigkeit "Vs" und den Drehwinkel "θ", eingegeben. Auf der Basis dieser Informationssignale berechnet der zweite Lenkreaktionskraft- Berechnungsabschnitt 21 eine Lenkreaktionskraft "T₂", die über das Lenkrad 1 an den Fahrer übertragen werden würde.
Im zweiten Lenkreaktionskraft-Berechnungsabschnitt 18 wird eine geeignete Verstärkung auf das abgeschätzte Störungsdrehmoment " ≙d" aufgebracht, um eine Lenkreaktionskraft "T₁" zu berechnen, die durch die Störung der Straßenoberfläche verursacht werden würde.
Im Endlenkreaktionskraft-Berechnungsabschnitt 28 wird eine Subtraktion "T₂-T₁" ausgeführt, um eine Endlenkreaktionskraft (T₂-T₁) zu erhalten.
Im Befehlsstrom-Berechnungsabschnitt 22 wird die Endlenkreaktionskraft (T₂-T₁) durch eine Drehmomentkonstante "K_TH" des Lenkreaktionskraft-Stellgliedes 2 geteilt, um einen Befehlsstrom "i_H" zu erhalten, der dem Stellglied 2 zugeführt wird.
Im folgenden wird der Betrieb des Fahrzeuglenksteuersystems 100 mit Hilfe von Fig. 2, 3 und 4 beschrieben.

Abschätzung des durch eine Störung verursachten Drehmoments

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das schematisch den Lenkmotor 9 auf der Basis einer Gleichung der Bewegung des Motors 9 zeigt. Wie gezeigt, wird durch Multiplizieren des Befehlsstroms "i" mit einer Drehmoment konstante "K_T" ein Drehmoment "T" erhalten, und durch Dividieren des Drehmoments "T" durch eine Trägheit "J" des Motors 9 wird eine Drehgeschwindigkeit " ≙" des Motors 9 erhalten. Durch zweimaliges Differenzieren der Drehgeschwindigkeit " ≙" nach der Zeit wird ein Drehwinkel "θ" der Abtriebswelle des Motors 9 erhalten.
In einem Fall, in dem eine Störung der Straßenoberfläche besteht, kann der Lenkmotor 9 schematisch durch Fig. 3 dargestellt werden, in der ein Störungsdrehmoment "T_d" zu einer Mitte des Blockdiagramms von Fig. 2 geleitet wird. Aufgrund der Anwesenheit des Störungsdrehmoments "T_d" geschieht es gewöhnlich, dass der Lenkmotor 9 einen Überschuss oder Mangel an Ausgangsleistung nach dem Empfang des Befehlsstroms "i" aufweist. Im Allgemeinen werden bei der Steuerung des Lenkmotors 9 Befehl und Ausgangsleistung des Motors 9 durch Zurückführen des Drehwinkels "θ" zur Steuerung gleichmäßig ausgeführt.
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das sowohl den Lenkmotor 9 als auch den Straßenoberflächenstörungs-Abschätzabschnitt 14 zeigt. Wie im folgenden beschrieben wird, wird in diesem Fall durch Behandeln sowohl der Information über den Befehlsstrom "i" als auch der Information über den Drehwinkel "θ" das Störungsdrehmoment "T_d" abgeschätzt. Das heißt, der Befehlsstrom "i", der zum Lenkmotor 9 geleitet wird, wird dem ersten Block 15 zugeführt. Damit schätzt der erste Block 15 ein Drehmoment "t₁" in Form einer Übertragungsfunktion ab, welches erzeugt werden sollte. Unterdessen wird die Information über den Drehwinkel "θ" zum zweiten Block 16 geleitet. Damit schätzt der zweite Block 16 ein Drehmoment "t₂" ab, das befohlen werden würde. Durch Berechnen einer Differenz zwischen dem erzeugten Drehmoment und dem befohlenen Drehmoment wird das abgeschätzte Störungsdrehmoment "T ≙" erhalten.

HINZUZUFÜGENDE LENKREAKTIONSKRAFT

Während der Fahrt des Fahrzeugs wird im ersten Lenkreaktionskraft-Berechnungsabschnitt 18 (siehe Fig. 1) eine geeignete Verstärkung "G" weiterhin auf das abgeschätzte Störungsdrehmoment " ≙d" aufgebracht, um eine Lenkreaktionskraft "T1" zu berechnen, die durch eine Störung der Straßenoberfläche verursacht werden würde. Unterdessen wird im zweiten Lenkreaktionskraft-Berechnungsabschnitt 22 eine Lenkreaktionskraft "T₂" auf der Basis des Fahrzeugfahrzustands berechnet. Und im Endlenkreaktionskraft-Berechnungsabschnitt 28 wird eine Subtraktion "T₂-T₁" ausgeführt, um eine Endlenkreaktionskraft (T₂-T₁) zu erhalten. Im Befehlsstrom-Berechnungsabschnitt 22 wird die Endlenkreaktionskraft (T₂-T₁) durch eine Drehmomentkonstante "K_TH" des Lenkreaktionskraft- Stellgliedes 2 dividiert, um einen Befehlsstrom "i_H" zu erhalten, der dem Stellglied 2 zugeführt wird.
Im folgenden werden Vorteile, die durch das vorstehend angeführte erste Ausführungsbeispiel 100 erzielt werden, beschrieben.
Auf der Basis der Eingabe und Ausgabe des Lenkmotors 9 wird das Störungsdrehmoment "T_d", das durch eine Störung der Straßenoberfläche verursacht wird, abgeschätzt, und auf der Basis des abgeschätzten Störungsdrehmoments "T_d" wird die Lenkreaktionskraft "T₁", die auf das Lenkrad 1 aufgebracht werden soll, berechnet. Somit kann die Information über die Rauhheit der Straßenoberfläche, die einen Grad aufweist, dem es misslingt, ein deutliches Verhalten eines zugehörigen Kraftfahrzeugs hervorzurufen, ohne Verwendung eines zusätzlichen Straßenoberflächensensors präzise an einen Fahrer übertragen werden. Das heißt, beim ersten Ausführungsbeispiel 100 wird die Abschätzung der Störung der Straßenoberfläche nur durch den Codierer 12 durchgeführt, der zum Steuern des Lenkmotors 9 erforderlich ist. Folglich kann die Senkung der Steifigkeit und jene der Zuverlässigkeit des Fahrzeuglenksteuersystems vermieden werden.
Der Lenkreaktionskraft-Berechnungsteil des Systems 100 umfasst den ersten Lenkreaktionskraft-Berechnungsabschnitt 18, der auf der Basis des abgeschätzten Störungsdrehmoments " ≙d" vom Straßenoberflächenstörungs-Abschätzabschnitt 14 die Lenkreaktionskraft "T₁" berechnet, die durch die Störung der Straßenoberfläche verursacht werden würde, den zweiten Lenkreaktionskraft-Berechnungsabschnitt 21, der auf der Basis von verschiedenen Informationen über ein deutliches Verhalten des Fahrzeugs die Lenkreaktionskraft "T₂" berechnet, die an den Fahrer übertragen werden sollte, und den Endlenkreaktionskraft-Berechnungsabschnitt 28, der auf der Basis beider berechneten zwei Reaktionskräfte "T₁" und "T₂" die Endlenkreaktionskraft (T₂-T₁) berechnet. Das heißt, die so berechnete Endlenkreaktionskraft (T₂-T₁) reflektiert sowohl eine Reaktionskraft auf der Basis des deutlichen Verhaltens des Fahrzeugs als auch jene auf der Basis der Straßenoberflächenstörung "T_d", und somit kann eine präzise Lenkreaktionskraft an den Fahrer übertragen werden.
Mit Bezug auf Fig. 5 ist schematisch das Konzept eines zweiten Ausführungsbeispiels 200 der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Wie in der Zeichnung gezeigt, ist das zweite Ausführungsbeispiel 200 im Wesentlichen dasselbe wie das vorstehend angeführte erste Ausführungsbeispiel 100, außer dass beim zweiten Ausführungsbeispiel 200 die Information über den Drehwinkel "θ" der Abtriebswelle des Lenkmotors 9 durch einen Verzögerungsfilter 27 erster Ordnung behandelt wird, bevor sie in den zweiten Block 16 des Straßenoberflächenstörungs- Abschätzabschnitts 14 geleitet wird. Das heißt, aufgrund der Behandlung durch den Filter 27 wird das Informationssignal "θ" zu einem Informationssignal "θ'" geändert, wie gezeigt.
Im Filter 27 wird die Gleichung "a/(s+a)" verwendet, wobei "a" eine Filterkonstante ist.
Der Betrieb des zweiten Ausführungsbeispiels 200 wird beschrieben.
In einer sehr frühen Periode der Lenkhandlung, die vom Fahrer durchgeführt wird, erzeugt der Lenkmotor 9 eine Information, die den Drehwinkel "θ" darstellt. Das Verhalten des Fahrzeugs, das durch die Lenkhandlung verursacht wird, tritt jedoch etwas später auf, so dass es dem Fahrzeuglenksteuersystem des vorstehend angeführten ersten Ausführungsbeispiels 100 misslingen kann, die Lenkreaktionskraft auf der Basis des Fahrzeugfahrzustands und des vom Straßenoberflächenstörungs-Abschätzabschnitts 14 gelieferten Ergebnisses zu berechnen. In diesem Fall wird natürlich keine zufriedenstellende Information an den Fahrzeugfahrer übertragen.
Im Fall des zweiten Ausführungsbeispiels 200 ermöglicht die Verwendung des Verzögerungsfilters 27 erster Ordnung eine verzögerte Eingabe einer Information über den Drehwinkel "θ" in den zweiten Block 16 des Straßenoberflächenstörungs-Abschätzabschnitts 14. Das heißt, beim zweiten Ausführungsbeispiel 200 wird in der frühen Periode der Lenkhandlung die durch die Rauhheit der Straßenoberfläche verursachte Störung relativ großzügig abgeschätzt. Praktisch kann jedoch der Fahrzeugfahrer eine sehr aktuelle Lenkreaktionskraft fühlen, und somit wird die Lenkbarkeit des Fahrzeugs verbessert.
Mit Bezug auf Fig. 6 ist das Konzept eines dritten Ausführungsbeispiels 300 der vorliegenden Erfindung schematisch gezeigt.
Wie in der Zeichnung gezeigt, ist das dritte Ausführungsbeispiel 300 im Wesentlichen dasselbe wie das vorstehend angeführte erste Ausführungsbeispiel 100, außer dass beim dritten Ausführungsbeispiel 300 das abgeschätzte Störungsdrehmoment " ≙d" durch einen Verzögerungsfilter 29 zweiter Ordnung behandelt wird, bevor es in den ersten Lenkreaktionskraft- Berechnungsabschnitt 18 (siehe Fig. 1) geleitet wird. Das heißt, aufgrund der Behandlung durch den Filter 29 wird die Information " ≙d" zu einer Information " ≙d'" geändert, wie gezeigt.
Durch den Filter 29 wird die folgende Gleichung zum Ableiten der Information " ≙d'" verwendet:

wobei:
ω₀: natürliche Winkelfrequenz des Filters ξ₀: Dämpfungskoeffizient des Filters
Beim dritten Ausführungsbeispiel 300 kann durch Verwenden des sekundären Filters 29 der Frequenzgang des abgeschätzten Störungsdrehmoment geeignet gesteuert werden. Insbesondere in einer Hochfrequenzzone wird die Verstärkung des abgeschätzten Störungsdrehmoments klein. Wenn das Fahrzeuglenksteuersystem 300 praktisch verwendet wird, wird folglich eine unnötige deutliche Schwingung eines Lenkrades, die erzeugt werden würde, wenn das Fahrzeug auf einer schlechten Straße fährt, verringert. Das heißt, der Fahrer kann nur die Information empfangen, die für die Lenksteuerung tatsächlich erforderlich ist.
In einem Lenkmechanismus vom Steer-by-Wire-Typ, der eine erste Lenkeinheit, die von einem Fahrer bedient wird, und eine zweite Lenkeinheit, die gelenkte Straßenräder mit der Hilfe eines Lenkmotors lenkt, umfasst, wird ein Steuersystem verwendet mit Eingangssignal- und Ausgangssignal-Erfassungsabschnitten, die ein Eingangssignal und Ausgangssignal des Lenkmotors erfassen, einem Straßenoberflächenstörungs-Abschätzabschnitt, der eine Störung der Straßenoberfläche auf der Basis sowohl des erfassten Eingangssignals als auch Ausgangssignals des Lenkmotors abschätzt, und einem Lenkreaktionskraft-Berechnungsabschnitt, der auf der Basis der abgeschätzten Störung der Straßenoberfläche eine Lenkreaktionskraft berechnet, die auf ein Lenkrad der ersten Lenkeinheit aufgebracht werden soll.
Der gesamte Inhalt der Japanischen Patentanmeldung 2001- 281362, eingereicht am 17. September 2001, wird hiermit unter Bezugnahme zum Offenbarungsgehalt vorliegender Anmeldung gemacht.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten:
In einem Lenkmechanismus vom Steer-by-Wire-Typ, der eine erste Lenkeinheit, die von einem Fahrer bedient wird, und eine zweite Lenkeinheit, die gelenkte Straßenräder mit der Hilfe eines Lenkmotors lenkt, umfasst, wird ein Steuersystem verwendet mit Eingangssignal- und Ausgangssignal-Erfassungsabschnitten, die ein Eingangssignal und Ausgangssignal des Lenkmotors erfassen, einem Straßenoberflächenstörungs-Abschätzabschnitt, der eine Störung der Straßenoberfläche auf der Basis sowohl des erfassten Eingangssignals als auch Ausgangssignals des Lenkmotors abschätzt, und einem Lenkreaktionskraft-Berechnungsabschnitt, der auf der Basis der abgeschätzten Störung der Straßenoberfläche eine Lenkreaktionskraft berechnet, die auf ein Lenkrad der ersten Lenkeinheit aufgebracht werden soll.

Claims

1. Fahrzeuglenksteuersystem (100, 200, 300) zur Verwendung bei einem Lenkmechanismus vom Steer-by-Wire-Typ, wobei der Lenkmechanismus eine erste Lenkeinheit (1), die von einem Fahrer bedient wird, und eine zweite Lenkeinheit (10, 11a, 11b), die gelenkte Straßenräder mit der Hilfe eines Lenkstellgliedes (9) lenkt, umfasst, wobei die erste und die zweite Lenkeinheit nicht mechanisch verbunden sind,
wobei das Fahrzeuglenksteuersystem folgendes umfasst:
ein Lenkreaktionskraft-Stellglied (2), das eine Lenkreaktionskraft, die auf die erste Lenkeinheit (1) aufgebracht werden soll, gemäß einer gelenkten Bewegung der gelenkten Straßenräder erzeugt;
einen Eingangssignal-Erfassungsabschnitt, der ein an das Lenkstellglied (9) angelegtes Eingangssignal (i) erfasst;
einen Ausgangssignal-Erfassungsabschnitt, der ein aus dem Lenkstellglied (9) ausgegebenes Ausgangssignal (θ) erfasst;
einen Straßenoberflächenstörungs-Abschätzabschnitt (14), der eine Störung der Straßenoberfläche auf der Basis sowohl des erfassten Eingangssignals (i) als auch Ausgangssignals (θ) des Lenkstellgliedes (9) abschätzt;
einen Lenkreaktionskraft-Berechnungsabschnitt (18, 21, 28), der auf der Basis der abgeschätzten Störung der Straßenoberfläche eine Lenkreaktionskraft berechnet, die auf die erste Lenkeinheit (1) aufgebracht werden soll; und
einen Lenkreaktionskraft-Steuerabschnitt (22), der dem Lenkreaktionskraft-Stellglied (2) befiehlt, eine Lenkreaktionskraft gemäß der berechneten Lenkreaktionskraft zu erzeugen.

2. Fahrzeuglenksteuersystem nach Anspruch 1, wobei der Lenkreaktionskraft-Berechnungsabschnitt (18, 21, 28) folgendes umfasst:
einen ersten Lenkreaktionskraft-Berechnungsteil (18), der eine erste Lenkreaktionskraft (T₁) auf der Basis der abgeschätzten Störung der Straßenoberfläche berechnet;
einen zweiten Lenkreaktionskraft-Berechnungsteil (21), der eine zweite Lenkreaktionskraft (T₂) auf der Basis eines Verhaltens eines zugehörigen Kraftfahrzeugs berechnet; und
einen dritten Lenkreaktionskraft-Berechnungsteil (28), der durch Subtrahieren der berechneten ersten Lenkreaktionskraft (T₁) von der berechneten zweiten Lenkreaktionskraft (T₂) eine Endlenkreaktionskraft berechnet, die tatsächlich auf das Lenkreaktionskraft-Stellglied (2) aufgebracht wird.

3. Fahrzeuglenksteuersystem nach Anspruch 1, welches ferner einen Filter (27) umfasst, durch den ein Signal (θ) des Ausgangssignals aus dem Ausgangssignal-Erfassungsabschnitt in den Straßenoberflächenstörungs-Abschätzabschnitt (14) geleitet wird.

4. Fahrzeuglenksteuersystem nach Anspruch 3, wobei der Filter ein Verzögerungsfilter (27) erster Ordnung ist.

5. Fahrzeuglenksteuersystem nach Anspruch 1, welches ferner einen Filter (29) umfasst, durch den ein Signal (T_d) der abgeschätzten Störung der Straßenoberfläche aus dem Straßenoberflächenstörungs-Abschätzabschnitt (14) in den Lenkreaktionskraft-Berechnungsabschnitt (18, 21, 28) geleitet wird.

6. Fahrzeuglenksteuersystem nach Anspruch 5, wobei der Filter ein Verzögerungsfilter (29) zweiter Ordnung ist.

7. Fahrzeuglenksteuersystem nach Anspruch 1, wobei der Straßenoberflächenstörungs-Abschätzabschnitt (14) folgendes umfasst:
einen ersten Block (15), der das erfasste Eingangssignal (i) verarbeitet, um ein erstes Drehmoment in Form einer Übertragungsfunktion abzuschätzen;
einen zweiten Block (16), der das erfasste Ausgangssignal (θ) verarbeitet, um ein zweites Drehmoment in Form einer Übertragungsfunktion abzuschätzen; und
einen Berechnungsabschnitt, der eine Differenz zwischen dem abgeschätzten ersten Drehmoment und dem abgeschätzten zweiten Drehmoment berechnet.

8. In einem Fahrzeuglenksteuersystem (100, 200, 300) zur Verwendung mit einem Lenkmechanismus vom Steer-by-Wire- Typ, wobei der Lenkmechanismus eine erste Lenkeinheit (1), die von einem Fahrer bedient wird, und eine zweite Lenkeinheit (10, 11a, 11b), die gelenkte Straßenräder ohne direkte Hilfe der ersten Lenkeinheit (1) lenkt, ein Lenkstellglied (9), das die zweite Lenkeinheit betätigt, und ein Lenkreaktionskraft-Stellglied (2), das eine Lenkreaktionskraft auf die erste Lenkeinheit gemäß einer gelenkten Bewegung der gelenkten Straßenräder aufbringt, umfasst,
ein Verfahren zum Steuern des Fahrzeuglenksteuersystems mit:
Erfassen eines an das Lenkstellglied angelegten Eingangssignals;
Erfassen eines aus dem Lenkstellglied ausgegebenen Ausgangssignals;
Abschätzen einer Störung der Straßenoberfläche auf der Basis sowohl des erfassten Eingangssignals als auch Ausgangssignals des Lenkstellgliedes;
Berechnen auf der Basis der abgeschätzten Störung der Straßenoberfläche einer Lenkreaktionskraft, die auf die erste Lenkeinheit (1) aufgebracht werden soll; und
Befehlen dem Lenkreaktionskraft-Stellglied (2), eine Lenkreaktionskraft gemäß der berechneten Lenkreaktionskraft zu erzeugen.