DE10259286A1

DE10259286A1 - Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE10259286A1
Application number: DE10259286A
Authority: DE
Inventors: Kenji Ogawa; Kazushi Shirasawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2003-09-04
Anticipated expiration: 2022-12-19
Also published as: DE10259286B4; JP3593110B2; JP2003237604A; US20030150666A1; US6763908B2

Abstract

Eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug hat: eine Zielradlenkwinkel-Erzeugungseinheit zum Erzeugen eines Zielradlenkwinkels auf der Basis eines erfassten Lenkradwinkels; eine Radwinkel-Steuereinheit zum Steuern von Lenkwinkeln von Rädern, die zum Lenken gedreht werden, sodass ein erfasster Radlenkwinkel und ein Zielradlenkwinkel miteinander übereinstimmen; eine Zielreaktionserzeugungseinheit zum Erzeugen einer Zielreaktion auf der Basis des Lenkradwinkels; eine erste Reaktionsdrehmoment-Steuereinheit zum Steuern eines Reaktionsdrehmoments, das in dem Lenkrad erzeugt wird, durch Ansteuern eines Reaktionssteuermechnismus, sodass das Reaktionsdrehmoment und die Zielreaktion miteinander übereinstimmen; und eine zweite Reaktionsdrehmoment-Steuereinheit zum Kompensieren einer Ausgabe von der Radlenkwinkel-Steuereinheit, sodass die Reaktion und das Zielreaktionsdrehmoment miteinander übereinstimmen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug und genauer auf eine Lenkvorrichtung mit einem Sub-Lenkmechanismus, der z. B. beim Durchführen einer automatischen Lenkung zum Kompensieren eines Lenkaufwands eines Lenkrads, durchgeführt durch einen Fahrer, erforderlich ist oder zum Lenken beim automatischen Antrieb erforderlich ist.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Es wurden Steuerverfahren in Bezug auf eine Lenkung von Fahrzeugen vorgeschlagen, in denen z. B. eine Hilfsautomatiksteuerung der Richtung von Rädern derart durchgeführt wird, um Lenkcharakteristika zu optimieren, d. h. eine Änderung in einer tatsächlichen Reiserichtung eines Fahrzeugs in Bezug auf die Größe einer Drehung eines Lenkrads, oder eine automatische Steuerung an Stelle eines Betriebs durch einen Fahrer arbeitet, um ein Lenksystem anzutreiben und zu steuern, sodass eine Fahrposition eines Fahrzeugs innerhalb einer vorbestimmten Fahrspur ist.

Der Anmelder der vorliegenden Erfindung hat eine Anmeldung für ein Patent für eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug eingereicht, wie etwa in Fig. 11 gezeigt (japanische Patentanmeldung Nr. 2001-353130), um diese Art einer Radlenkwinkelsteuerung für ein Fahrzeug durchzuführen.

Die konventionelle Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug wird in Bezug auf Fig. 11 beschrieben, die einen Aufbau der Vorrichtung zeigt.

In Fig. 11 wird ein Lenkrad, das durch einen Fahrer betrieben wird, durch Bezugszeichen 1 angezeigt und ein erster Planetengetriebe-Mechanismus wird durch Bezugszeichen 2 angezeigt. Der erste Planetengetriebe-Mechanismus 2 wird gebildet durch ein Sonnenradgetriebe 201, das mit dem Lenkrad 1 verbunden ist, Planetengetriebe 202a und 202b, die durch einen Träger 203 gestützt werden, ein Hohlrad 204 und ein Schneckenrad 205 zum Drehen des Hohlrads 204.

Es ist auch ein zweiter Planetengetriebe-Mechanismus vorgesehen, der durch Bezugszeichen 3 in Fig. 11 angezeigt wird. Der zweite Planetengetriebe-Mechanismus 3 wird gebildet durch ein Sonnenradgetriebe 301, Planetengetriebe 302a und 302b, die auf einem Träger 303 gestützt werden, und ein fixiertes Hohlrad 304. Eine Welle, die durch Bezugszeichen 4 angezeigt wird, verbindet den Träger 203 des ersten Planetengetriebe- Mechanismus 2 und den Träger 303 des zweiten Planetengetriebe-Mechanismus 3 miteinander. Der erste Planetengetriebe-Mechanismus 2 oder die Kombination des ersten Planetengetriebe- Mechanismus 2 und des zweiten Planetengetriebe-Mechanismus 3 ist ein Sub-Lenkmechanismus, der einen Hilfslenkwinkel zu einem Drehwinkel des Lenkrads 1 mechanisch hinzufügen kann.

Es ist auch ein Zahnstangen-Lenkmechanismus vorgesehen, der durch Bezugszeichen 5 in Fig. 11 angezeigt wird. Der Zahnstangen-Lenkmechanismus 5 wird gebildet durch eine Zahnstange 501 und ein Schneckenrad 502, das fähig ist, die Drehrichtung umzukehren und das verwendet wird, das Ritzel 501 mit einem elektrischen Motor 901, der als ein Radlenkwinkel-Steuerstellglied verwendet wird, zu drehen. Gelenkarme werden durch Bezugszeichen 6a und 6b angezeigt, und Räder, die zum Lenken zu drehen sind, werden durch 7a und 7b angezeigt.

Ein Reaktionssteuermechanismus, der durch Bezugszeichen 8 in Fig. 11 angezeigt wird, ist ein Mechanismus zum Übergeben eines Reaktionsdrehmoments an das Lenkrad 1 durch Anlegen eines Antriebdrehmoments an den ersten Planetengetriebe-Mechanismus 2, der als der Sub-Lenkmechanismus arbeitet. Der Reaktionssteuermechanismus 8 wird gebildet durch einen Reaktionsmotor 801 zum Anlegen des Antriebdrehmoments an den ersten Planetengetriebe-Mechanismus 2 und ein Schneckengetriebe 802, das mit dem Schneckenrad 205 des ersten Planetengetriebe-Mechanismus 2 eingreift. Das Schneckengetriebe 802 kann nicht durch die Drehung des Schneckenrads 205 gedreht werden. D. h. der Reaktionsmechanismus kann selbst-verriegelt sein.

Ein Radlenkwinkel-Steuermechanismus, der in Fig. 11 durch Bezugszeichen 9 angezeigt wird, ist ein Mechanismus zum Ansteuern des Lenkmechanismus 5. Der Radlenkwinkel-Steuermechanismus 9 wird durch einen elektrischen Motor 901 und ein Schneckengetriebe 902, das mit dem Schneckenrad 502 des Lenkmechanismus 5 eingreift, gebildet. Die Kombination des Schneckenrads 502 und des Schneckengetriebes 902 ist derart, dass das Schneckengetriebe 902 von der Seite des Schneckenrads 502 gedreht werden kann, d. h. es kann rückwärts gedreht werden.

Ein Reaktionsdrehmoment-Erfassungsmittel zum Erfassen des Reaktionsdrehmoments, das an dem Lenkrad 1 erzeugt wird, wird in Fig. 11 durch Bezugszeichen 10 angezeigt. Es sind auch ein Radlenkwinkel-Erfassungsmittel 11 zum Erfassen des Radlenkwinkels der Räder 7a und 7b, die zum Lenken gedreht werden, und ein Lenkradlenkwinkel-Erfassungsmittel 12 zum Erfassen des Lenkwinkels des Lenkrads 1 vorgesehen.

Ein Zielradlenkwinkel-Erzeugungsmittel wird in Fig. 11 durch Bezugszeichen 13 angezeigt. Das Zielradlenkwinkel-Erzeugungsmittel 13 erzeugt einen Zielradlenkwinkel 1301 durch Berechnen eines notwendigen Radlenkwinkels, z. B. aus einer Ausgabe 1201 von dem Lenkradlenkwinkel-Erfassungsmittel 12, einer Lenkanforderung 20 von einem anderen System (z. B. einer Fahrspurhaltevorrichtung) und einem Fahrzeugzustandssignal 21 (z. B. einem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, einem Gierungssignal oder dergleichen).

Ein Radlenkwinkel-Steuermittel wird in Fig. 11 durch Bezugszeichen 14 angezeigt. Das Radlenkwinkel-Steuermittel 14 steuert den Radlenkwinkel der Räder 7a und 7b, die zum Lenken gedreht werden, durch Ansteuern des elektrischen Motors zur Radlenkwinkelsteuerung 901, sodass der Zielradlenkwinkel 1301 und eine Ausgabe 1101 von dem Radlenkwinkel-Erfassungsmittel 11 einander gleich sind.

Ein Zielreaktionserzeugungsmittel zum Einstellen eines Zielwerts des Reaktionsdrehmoments, das durch den Fahrer durch das Lenkrad 1 empfangen wird, wird in Fig. 11 durch Bezugszeichen 15 angezeigt. Das Zielreaktionserzeugungsmittel 15 berechnet eine geeignete Reaktion, z. B. aus der Ausgabe 1201 von dem Lenkradlenkwinkel-Erfassungsmittel 12 und dem Fahrzeugzustandssignal 21 (z. B. einem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, einem Gierungssignal oder dergleichen), um ein Zielreaktionsdrehmoment 1501 zu erzeugen.

Ferner wird in Fig. 11 ein Reaktionsdrehmoment-Steuermittel durch Bezugszeichen 16 angezeigt. Das Reaktionsdrehmoment- Steuermittel 16 steuert das Reaktionsdrehmoment, das in dem Lenkrad 1 erzeugt wird, durch Ansteuern des Reaktionselektromotors 801, sodass das Zielreaktionsdrehmoment 1501 und eine Ausgabe 1001 von dem Reaktionsdrehmoment-Erfassungsmittel 10 einander gleich sind.

Wie oben beschrieben, steuert die konventionelle Vorrichtung den Radlenkwinkel durch Berechnen eines geeigneten Radlenkwinkels, z. B. aus dem Betrieb des Lenkrads 1, der durch den Fahrer durchgeführt wird, und einem Signal von einem anderen System, und steuert gleichzeitig eine Erzeugung der Lenkradreaktion in dem Lenkrad 1 durch Berechnen einer geeigneten Lenkreaktion.

Wenn jedoch der Radlenkwinkel und die Lenkradreaktion in der Vorrichtung mit dem oben beschriebenen Sub-Lenkmechanismus unabhängig gesteuert werden, wie in Fig. 2 gezeigt, ist für den elektrischen Motor zur Radlenkwinkelsteuerung 9 ein Antriebdrehmoment erforderlich. D. h. gemäß der Balance über dem elektrischen Motor zur Radlenkwinkelsteuerung (Radlenkwinkel- Steuermechanismus) 9 ist ein Antriebsdrehmoment (Ta + Tb) für ein Selbstabgleichdrehmoment (Straßenoberflächenreaktion) Ta, das in den Rädern erzeugt wird, die zum Lenken gedreht werden, und ein Drehmoment Tb, das von dem Reaktionselektromotor 8 durch die Sub-Lenkmechanismen (Planetengetriebe-Mechanismen) 2 und 3 verteilt wird, von dem elektrischen Motor zur Radlenkwinkelsteuerung 9 erforderlich.

Andererseits ist gemäß der Balance über dem Reaktionselektromotoi (Reaktionssteuermechanismus) 8 ein Antriebsdrehmoment (Tb + Tc) für ein Reaktionsdrehmoment Tc, das in dem Lenkrad 1 erzeugt wird, und Tb, das durch die Sub-Lenkmechanismen 2 und 3 verteilt wird, von dem Reaktionselektromotor 8 erforderlich.

Somit hat das Lenksystem unter Verwendung der oben beschriebenen Lenkvorrichtung ein Problem darin, dass es im Vergleich mit dem gewöhnlichen Servolenkungssystem eine größere Energiemenge verbraucht. Zur Vereinfachung der Beschreibung wurden die übersetzungsverhältnisse der Planetengetriebe-Mechanismen 2 und 3, das Übersetzungsverhältnis des Lenkmechanismus 5 usw. in einem konvertierten Zustand auf einer Lenkachse gezeigt.

Zusammenfassung der Erfindung

Angesichts des oben beschriebenen Problems des Stands der Technik ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug vorzusehen, die einen Sub- Lenkmechanismus hat, in dem ein Radlenkwinkel und eine Lenkradreaktion unabhängig voneinander gesteuert werden und in dem ein Energieverbrauch reduziert werden kann.

Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug vorgesehen mit: einem Lenkrad, das durch einen Fahrer betrieben wird; einem Sub-Lenkmechanismus zum mechanischen Hinzufügen eines Hilfslenkwinkels zu einem Drehwinkel des Lenkrads; einem Lenkmechanismus zum Lenken von Rädern, die zum Lenken gedreht werden; einem Reaktionssteuermechanismus zum Übergeben an das Lenkrad eines Reaktionsdrehmoments durch Erregen des Sub-Lenkmechanismus mit einem Antriebsdrehmoment; einem Radlenkwinkel-Steuermechanismus zum Ansteuern des Lenkmechanismus; einem Reaktionsdrehmoment-Erfassungsmittel zum Erfassen des Reaktionsdrehmoments, das in dem Lenkrad erzeugt wird; und einem Radlenkwinkel-Erfassungsmittel zum Erfassen von Radlenkwinkeln der Räder, die zum Lenken gedreht werden.

Ferner hat die Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug: ein Lenkradlenkwinkel-Erfassungsmittel zum Erfassen eines Lenkradwinkels, wenn das Lenkrad betrieben wird; ein Zielradlenkwinkel- Erzeugungsmittel zum Erzeugen eines Zielradlenkwinkels auf der Basis des Lenkradwinkels, der durch das Lenkradlenkwinkel-Erfassungsmittel erfasst wird; und ein Radlenkwinkel- Steuermittel zum Steuern der Radlenkwinkel der Räder, die zum Lenken gedreht werden, durch Ansteuern des Radlenkwinkel- Steuermechanismus, sodass die Radlenkwinkel, die durch das Radlenkwinkel-Erfassungsmittel erfasst werden, und der Zielradlenkwinkel, der durch das Zielradlenkwinkel-Erzeugungsmittel erzeugt wird, miteinander übereinstimmen.

Außerdem hat die Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug: ein Zielreaktionserzeugungsmittel zum Erzeugen einer Zielreaktion auf der Basis des Lenkradwinkels, der durch das Lenkradlenkwinkel-Erfassungsmittel erfasst wird; ein erstes Reaktionsdrehmoment-Steuermittel zum Steuern des Reaktionsdrehmoments, das in dem Lenkrad erzeugt wird, durch Ansteuern des Reaktionssteuermechanismus, sodass das Reaktionsdrehmoment, das durch das Reaktionsdrehmoment-Erfassungsmittel erfasst wird, und die Zielreaktion, die durch das Zielreaktionserzeugungsmittel erzeugt wird, miteinander übereinstimmen; ein zweites Reaktionsdrehmoment-Steuermittel zum Kompensieren einer Ausgabe von dem Radlenkwinkel-Steuermittel, sodass das Reaktionsdrehmoment, das durch das Reaktionsdrehmoment-Erfassungsmittel erfasst wird, und die Zielreaktion, die durch das Zielreaktionserzeugungsmittel erzeugt wird, miteinander übereinstimmen; ein Reaktionssteuerbegrenzungsmittel zum Begrenzen einer Ausgabe von dem ersten Reaktionsdrehmoment-Steuermittel auf der Basis eines Grenzwerts; und ein Grenzbereichseinstellmittel zum Einstellen des Grenzwerts, der durch das Reaktionssteuerbegrenzungsmittel verwendet wird.

Die oben beschriebene Lenkvorrichtung hat die Wirkung zum Reduzieren eines Energieverbrauchs.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den begleitenden Zeichnungen:
Fig. 1 ist ein Diagramm, das einen Aufbau einer Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Drehmomentgleichgewichts, wenn eine Reaktionssteuerung durch Verwendung eines Sub-Lenkmechanismus der Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
Fig. 3 ist ein anderes Diagramm zum Erläutern eines Drehmomentgleichgewichts, wenn eine Reaktionssteuerung durch Verwendung des Sub-Lenkmechanismus der Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
Fig. 4 ist ein Zeiteinstellungsdiagramm, das einen Betrieb der Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 ist ein Diagramm zum Erläutern eines ersten Verfahrens zum Einstellen eines Grenzwerts durch ein Grenzbereichseinstellmittel in der Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ist ein Diagramm, das eine Grenzbereichstabelle darstellt, die durch das Grenzbereichseinstellmittel in der Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 7 ist ein Diagramm zum Erläutern eines zweiten Verfahrens unter Verwendung des Grenzbereichseinstellmittels in der Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 ist ein Diagramm, das einen Betrieb gemäß dem zweiten Verfahren unter Verwendung des Grenzbereich-Einstellmittels in der Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 9 ist ein Diagramm zum Erläutern eines dritten Verfahrens unter Verwendung des Grenzbereichseinstellmittels in der Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 ist ein Diagramm, das einen Betrieb gemäß dem dritten Verfahren unter Verwendung des Grenzbereichseinstellmittels in der Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 11 ist ein Diagramm, das den Aufbau einer konventionellen Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ausführungsform 1

Es wird eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 ist ein Diagramm, das einen Aufbau der Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Es ist zu beachten, dass in Fig. 1 Komponenten, die jenen in der konventionellen Anordnung identisch oder entsprechend sind, durch die gleichen Bezugszahlen und Zeichen angezeigt werden.
In Fig. 1 werden die gleichen Mechanismen etc. wie jene in Bezug auf die oben beschriebene konventionelle Lenkvorrichtung dargestellt: ein Lenkrad 1; ein erster Planetengetriebe- Mechanismus 2; ein zweiter Planetengetriebe-Mechanismus 3; eine Welle 4, die den ersten Planetengetriebe-Mechanismus 2 und den zweiten Planetengetriebe-Mechanismus 3 verbindet; ein Lenkmechanismus 5; Gelenkarme 6a und 6b; Räder 7a und 7b, die zum Lenken zu drehen sind; ein Reaktionssteuermechanismus 8; ein Radlenkwinkel-Steuermechanismus 9; ein Reaktionsdrehmoment-Erfassungsmittel 10; ein Radlenkwinkel-Erfassungsmittel 11; ein Lenkradlenkwinkel-Erfassungsmittel 12; ein Zielradlenkwinkel-Erzeugungsmittel 13; ein Radlenkwinkel-Steuermittel 14; ein Zielreaktionserzeugungsmittel 15; eine Lenkanforderung 20 von einem anderen System; und ein Fahrzeugzustandssignal 21. Die Beschreibungen von ihnen werden nicht wiederholt.
Es wird ein erstes Reaktionsdrehmoment-Steuermittel vorgesehen, das in Fig. 1 durch Bezugszeichen 16 angezeigt wird. Das erste Reaktionsdrehmoment-Steuermittel 16 steuert ein Reaktionsdrehmoment, das in dem Lenkrad 1 erzeugt wird, durch Ansteuern des Reaktionselektromotors 801 durch ein Reaktionssteuerbegrenzungsmittel, das nachstehend beschrieben wird, sodass das Zielreaktionsdrehmoment 1501 und die Ausgabe 1001 von dem Reaktionsdrehmoment-Erfassungsmittel 10 einander gleich sind.
Es wird auch ein zweites Reaktionsdrehmoment-Steuermittel vorgesehen, das in Fig. 1 durch Bezugszeichen 17 angezeigt wird. Das zweite Reaktionsdrehmoment-Steuermittel 17 kompensiert eine Steuerausgabe 1401 von dem Radlenkwinkel-Steuermittel 14, sodass das Zielreaktionsdrehmoment 1501 und die Ausgabe 1001 von dem Reaktionsdrehmoment-Erfassungsmittel 10 einander gleich sind.
Es wird ferner das Reaktionssteuer-Begrenzungsmittel vorgesehen, das in Fig. 1 durch Bezugszeichen 18 angezeigt wird. Das Reaktionssteuer-Begrenzungsmittel 18 gibt eine Ausgabe von dem ersten Reaktionsdrehmoment-Steuermittel 16 aus, während auf die Ausgabe eine bestimmte Grenze angelegt wird. Es wird auch das Grenzbereichseinstellmittel 19 vorgesehen. Das Grenzbereichseinstellmittel 19 stellt einen Grenzbereich des Reaktionssteuer-Begrenzungsmittels 18 ein.
Es wird der Betrieb der Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 1 mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 2 und 3 sind Diagramme zum Erläutern eines Drehmomentgleichgewichts, das erreicht wird, wenn die Reaktionssteuerung durch Verwendung eines Sub-Lenkmechanismus der Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug in Ausführungsform 1 durchgeführt wird. Fig. 4 ist ein Zeiteinstellungsdiagramm eines Betriebs der Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 zeigt den Betrieb in einer Situation, wo das Lenkrad 1 gelenkt wird und dann bei dem Lenkwinkel fixiert ist, während das Fahrzeug fährt.
Bezugnehmend auf eine Sektion a von Fig. 4 ist eine Steuerausgabe, die von dem ersten Reaktionsdrehmoment-Steuermittel 16 durch das Reaktionssteuer-Begrenzungsmittel 18 erteilt wird, kleiner als ein Grenzwert (gestrichelte Linie), der durch das Grenzbereichseinstellmittel 19 eingestellt ist. Der Inhalt in der Sektion a zeigt an, dass das Reaktionsdrehmoment, das in dem Lenkrad 1 erzeugt wird, durch das erste Reaktionsdrehmoment-Steuermittel 16 gesteuert wird, und die Kompensationssteuerausgabe von dem zweiten Reaktionsdrehmoment-Steuermittel 17 in Bezug auf ein Steuersignal von dem Radlenkwinkel-Steuermittel 14 null ist.
Das erste Reaktionsdrehmoment-Steuermittel 16 führt eine Steuerung durch, sodass eine Abweichung zwischen der Zielreaktionsausgabe 1501 von dem Zielreaktionserzeugungsmittel 15 und dem Reaktionsdrehmomentsignal 1001 von dem Reaktionsdrehmoment-Erfassungsmittel 10 null ist. Somit wird die Kompensationssteuerausgabe von dem zweiten Reaktionsdrehmoment-Steuermittel 17 null.
D. h. es ist eine Antriebsausgabe entsprechend Ta + Tb für den elektrischen Motor zur Radlenkwinkelsteuerung 901 erforderlich, wie in Fig. 2 gezeigt, während eine Antriebsausgabe entsprechend Tb + Tc für den Reaktionsmotor 801 erforderlich ist.
In einer Sektion b von Fig. 4 wird ein Zustand gezeigt, wenn der Grenzwert (gestrichelte Linie), der an das Reaktionssteuer-Begrenzungsmittel 18 gegeben wird, durch das Grenzbereichseinstellmittel 19 allmählich reduziert wird. Wenn der Grenzwert größer als die Steuerausgabe von dem ersten Reaktionsdrehmoment-Steuermittel 16 ist, ist der Zustand einer Steuerung der gleiche wie der oben beschriebene. Wenn jedoch der Grenzwert kleiner als die Steuerausgabe von dem ersten Reaktionsdrehmoment-Steuermittel 16 wird, kann die Reaktionssteuerung durch das erste Reaktionsdrehmoment-Steuermittel 16 allein nicht abgeschlossen werden.
D. h. es wird eine Abweichung zwischen der Zielreaktion 1501 von dem Zielreaktionserzeugungsmittel 15 und dem Reaktionsdrehmomentsignal 1001 von dem Reaktionsdrehmoment-Erfassungsmittel 10 verursacht. Das zweite Redaktionsdrehmoment-Steuermittel 17 arbeitet deshalb, um die Steuerausgabe von dem Radlenkwinkel-Steuermittel 14 zu kompensieren, sodass diese Abweichung null wird.
Das Radlenkwinkel-Steuermittel 14 steuert den Radlenkwinkel der Räder 7a und 7b, die zum Lenken gedreht werden, durch Ansteuern des Elektromotors zur Radlenkwinkelsteuerung 901, sodass der Zielradlenkwinkel 1301 und die Ausgabe 1101 von dem Radlenkwinkel-Erfassungsmittel 11 einander gleich sind, wie oben in Bezug auf die konventionelle Lenkvorrichtung beschrieben. Deshalb erzeugt der Elektromotor zur Radlenkwinkelsteuerung 901 das Drehmoment proportional zu dem gesamten Selbstabgleichdrehmoment, das in den Rädern 7a und 7b, die zum Lenken gedreht werden, erzeugt wird.
D. h. ein Teil des Selbstabgleichdrehmoments kann als eine Lenkradreaktion genutzt werden, wenn das Antriebsdrehmoment, das an den Elektromotor zur Radlenkwinkelsteuerung 901 angelegt wird, reduziert wird. Deshalb wird die Ausgabe von dem zweiten Redaktionsdrehmoment-Steuermittel 17 von der Steuerausgabe 1401 von dem Radlenkwinkel-Steuermittel 14 subtrahiert, um die Abweichung zwischen der Zielreaktion 1501 von dem Zielreaktionserzeugungsmittel 15 und dem Reaktionsdrehmomentsignal 1001 von dem Reaktionsdrehmoment-Erfassungsmittel 10 auf null zu reduzieren. Folglich wird ein Teil des Selbstabgleichdrehmoments an das Lenkrad 1 angelegt, wobei so eine Reaktionssteuerung abgeschlossen wird.
In einer Sektion c von Fig. 4 wird ein Zustand gezeigt, wenn der Grenzwert durch das Grenzbereichseinstellmittel 19 auf null eingestellt ist. In diesem Zustand kann ein Ansteuern des Reaktionselektromotors 801 durch das erste Reaktionsdrehmoment-Steuermittel 16 nicht durchgeführt werden; die Reaktion wird allein mittels des Elektromotors zur Radlenkwinkelsteuerung 901 gesteuert.
Deshalb entspricht die gesamte Reaktion, die in dem Lenkrad 1 erzeugt wird, dem Selbstabgleichdrehmoment, wie in Fig. 3 gezeigt. Somit wird das Drehmoment, das für den Elektromotor zur Radlenkwinkelsteuerung 901 erforderlich ist, von Ta + Tb auf Ta - Tc verringert, und das Drehmoment, das für den Reaktionselektromotor 801 erforderlich ist, wird von Tb + Tc auf null reduziert. Folglich wird ein Energieverbrauch reduziert.
D. h. das Reaktionssteuer-Begrenzungsmittel 18 begrenzt die Steuerausgabe von dem ersten Reaktionsdrehmoment-Steuermittel 16 auf der Basis des Grenzbereichs, der durch das Grenzbereichseinstellmittel 19 eingestellt wird. Ein Mangel des Antriebsdrehmoments des Reaktionsmotors 801, das zur Steuerung auf die Zielreaktion erforderlich ist, wird dadurch verursacht. Um das unzureichende Reaktionsdrehmoment in Bezug auf das Zieldrehmoment von dem Selbstabgleichdrehmoment der Räder 7a und 7b, die zum Lenken gedreht werden, zu erhalten, führt dann das zweite Reaktionsdrehmoment-Steuermittel 17 eine Kompensationssteuerung derart durch, um das Antriebsdrehmoment des Elektromotors zur Radlenkwinkelsteuerung 901 zu reduzieren, wobei somit ein Energieverbrauch reduziert wird.
Als nächstes werden aufeinanderfolgend drei Verfahren zum Einstellen des Grenzwerts durch das Grenzbereichseinstellmittel 19 beschrieben.
Fig. 5 ist ein Diagramm zum Erläutern eines ersten Verfahrens zum Einstellen des Grenzwerts durch das Grenzbereichseinstellmittel 19 in der Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug. Ferner ist Fig. 6 ein Diagramm, das eine Grenzbereichstabelle darstellt.
In dem ersten Verfahren wird der Grenzwert gemäß der Abweichung zwischen dem Zielradlenkwinkel 1301 und dem Radlenkwinkel 1101 eingestellt.
Bezugnehmend auf Fig. 5 ist das Radlenkwinkel-Steuernittel 14 angeordnet, um den Elektromotor zur Radlenkwinkelsteuerung 901 mittels einer Steuervorrichtung 1402, wie etwa einer PID- Steuervorrichtung, zu steuern, sodass die Abweichung 1401 zwischen dem Zielradlenkwinkel 1301 und der Ausgabe 1101 von dem Radlenkwinkel-Erfassungsmittel 11 null wird.
Deshalb wird die Abweichung 1401 größer, wenn der Zielradlenkwinkel 1301 geändert wird oder wenn die Ausgabe 1101 von dem Radlenkwinkel-Erfassungsmittel 11 durch eine äußere Störung oder dergleichen geändert wird. Umgekehrt ist die Abweichung 1401 nahe null, wenn es keine derartige Änderung gibt und der Zustand der Steuerung nahe einem beständigen Zustand ist.
Das erste Verfahren basiert auf einer Verwendung dieser Charakteristik. Das Grenzbereichseinstellmittel 19 verweist auf eine Grenzbereichstabelle 1902, wie etwa in Fig. 6 gezeigt, in Bezug auf den Absolutwert einer Abweichung 1901 entsprechend der Abweichung 1401 und gibt den Absolutwert eines Grenzwerts 1903 aus.
D. h. wenn die Abweichung 1901 größer ist, wird der größere Grenzwert 1903 eingestellt, um eine Reaktionssteuerung wie folgt durchzuführen. Das erste Reaktionsdrehmoment-Steuermittel 16 steuert einen Antrieb des Reaktionsmotors 801 mittels einer Steuervorrichtung 1602, wie etwa einer PID-Steuervorrichtung, sodass eine Abweichung 1601 zwischen dem Zielreaktionswert 1501 und dem Ausgabewert 1001 des Reaktionsdrehmoment-Erfassungsmittels 10 null ist.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Reaktion durch das erste Reaktionsdrehmoment-Steuermittel 16 gesteuert und somit ist eine Abweichung 1701 zwischen dem Zielreaktionswert 1501 und dem Ausgabewert 1001 in dem zweiten Reaktionsdrehmoment-Steuermittel 17 null. Entsprechend ist die Ausgabe von einer Steuervorrichtung 1702, wie etwa einer PID-Steuervorrichtung, auch null und eine Kompensationssteuerausgabe 1703 zur Kompensation einer Steuerausgabe 1403 von dem Radlenkwinkel- Steuermittel 14 ist null, wobei somit der Einfluss des zweiten Reaktionsdrehmoment-Steuermittels 17 auf die Radlenkwinkelsteuerung begrenzt wird.
Wenn die Abweichung 1901 reduziert wird, wird der oben beschriebene Grenzwert 1903 reduziert und eine Reaktionssteuerung kann durch das erste Reaktionsdrehmoment-Steuermittel 16 allein nicht abgeschlossen werden.
D. h. der Absolutwert der Abweichung 1701 zwischen dem Zielreaktionswert 1501 und der Ausgabe 1001 von dem Reaktionsdrehmoment-Erfassungsmittel 10 in dem zweiten Reaktionsdrehmoment-Steuermittel 17 wird erhöht, um den Kompensationssteuerbetrag 1703 zum Reduzieren des Antriebsdrehmoments, das an den Elektromotor zur Radlenkwinkelsteuerung 901 durch die Steuervorrichtung 1702 angelegt wird, zu erzeugen, wobei somit eine Reaktionsdrehmomentsteuerung abgeschlossen wird.
Wenn die Abweichung 1901 null wird, wird schließlich die Ausgabe von dem ersten Reaktionsdrehmoment-Steuermittel 16 zum Ansteuern des Reaktionsmotors 801 durch das Reaktionssteuerbegrenzungsmittel 18 abgeschaltet und die Reaktionssteuerung wird nur durchgeführt durch eine Kompensationssteuerung des Elektromotors zur Radlenkwinkelsteuerung 901, die durch das zweite Reaktionsdrehmoment-Steuermittel 17 durchgeführt wird. Somit ergibt sich ein Zustand, wie etwa in Fig. 3 gezeigt, und ein Energieverbrauch wird reduziert.
Fig. 7 ist ein Diagramm zum Erläutern eines zweiten Verfahrens zum Einstellen des Grenzwerts durch das Grenzbereichseinstellmittel 19 in der Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug. Fig. 8 ist ein Diagramm, das den Betrieb eines Bedingungsentscheidungsmittels in dem zweiten Verfahren zeigt.
Wie in Fig. 8 gezeigt, beginnt in dem zweiten Verfahren das Grenzbereichseinstellmittel 19 allmählich eine Verringerung des Grenzwerts 1903 gemäß einem vorbestimmten Muster ptn zu einem Zeitpunkt (i), wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind: die Abweichung zwischen dem Zielradlenkwinkel 1301 und dem Radlenkwinkel 1101 ist gleich oder kleiner einem ersten vorbestimmten Wert; der Wert der Ableitung erster Ordnung des Zielradlenkwinkels 1301 ist gleich oder kleiner einem zweiten vorbestimmten Wert; der Wert der Ableitung erster Ordnung des Radlenkwinkels 1101 ist gleich oder kleiner einem dritten vorbestimmten Wert; und der Wert der Ableitung erster Ordnung eines Lenkradwinkels 1201 ist gleich oder kleiner einem vierten vorbestimmten Wert, d. h. zu dem Zeitpunkt (i), wenn sich der Entscheidungswert eines Bedingungsentscheidungsmittels 1904 von "falsch" auf "wahr" ändert. Zu einem Zeitpunkt (ii), wenn sich der Entscheidungswert erneut auf "falsch" ändert, wird der Grenzwert 1903 groß. Wenn die oben beschriebenen Bedingungen nicht erfüllt sind, stellt das Grenzbereichseinstellmittel 19 den Grenzwert 1903 so groß ein, sodass eine Ausgabe 1603 des ersten Reaktionsdrehmoment-Steuermittels 16 nicht begrenzt ist.
Die Bedingung, dass die Abweichung zwischen den Zielradlenkwinkel 1301 und dem Radlenkwinkel 1101 gleich oder kleiner dem ersten vorbestimmten Wert ist, dient einer Priorität einer Steuerung des Radlenkwinkels, wie oben beschrieben. Es ist eine Bedingung zum Erhöhen des Grenzwerts 1903, der durch das Grenzbereichseinstellmittel 19 eingestellt wird.
Die Bedingungen, dass der Wert der Ableitung erster Ordnung des Zielradlenkwinkels 1301 gleich oder kleiner dem zweiten vorbestimmten Wert ist, dass der Wert der Ableitung erster Ordnung des Radlenkwinkels 1101 gleich oder kleiner dem dritten vorbestimmten Wert ist, und dass der Wert der Ableitung erster Ordnung des Lenkradwinkels 1201 gleich oder kleiner dem vierten vorbestimmten Wert ist, sind Bedingungen zum Veranlassen des ersten Reaktionsdrehmoment-Steuermittels 16, eine Reaktionssteuerung durchzuführen, um mit Priorität sicherzustellen, dass der Fahrer ein verbessertes Lenkverhalten spüren kann, wenn z. B. der Fahrer das Lenkrad 1 betreibt oder wenn die Räder 7a und 7b, die zum Lenken gedreht werden, gemäß einer Lenkanforderung 20 von einem anderen System bewegt werden.
Dies ist so, da während der Elektromotor zur Radlenkwinkelsteuerung 901 durch das Radlenkwinkel-Steuermittel 14 gesteuert wird, um den Radlenkwinkel der Räder 7a und 7b zu ändern, sich diese Steuerung und eine Reaktionsdrehmomentsteuerung durch das zweite Reaktionsdrehmoment-Steuermittel 17 unter Verwendung des gleichen Elektromotors zur Radlenkwinkelsteuerung 901 gegenseitig behindern. Somit wird durch Einstellen der oben beschriebenen Bedingungen eine Reaktionssteuerung durch das zweite Reaktionsdrehmoment-Steuermittel 17 auf einen beständigen Zustand begrenzt, z. B. einen Zustand, in dem ein bestimmter Lenkwinkel beibehalten wird, wobei somit ein Energieverbrauch reduziert wird.
Fig. 9 ist ein Diagramm zum Erläutern eines dritten Verfahrens zum Einstellen des Grenzwerts durch das Grenzbereichseinstellmittel 19 in der Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug. Fig. 10 ist ein Diagramm, das den Betrieb eines Bedingungsentscheidungsmittels in dem dritten Verfahren zeigt.
Das dritte Verfahren wird gekennzeichnet durch Hinzufügen zu dem oben beschriebenen zweiten Verfahren eines Signals 1906, das anzeigt, dass der Lenkwinkel 1201 des Lenkrads 1 und der Zielradlenkwinkel 1301 in einer 1 : 1-Beziehung und ein Umschalter 1905 zum zwangsweisen Einstellen des Grenzwerts 1903 auf null sind.
D. h., wie zu einem Zeitpunkt (iii) in Fig. 10 angezeigt, wenn der Lenkwinkel 1201 des Lenkrads 1 und der Zielradlenkwinkel 1301 in einer 1 : 1-Beziehung gemäß dem Zustand von Signal 1906 sind, wird der Grenzwert 1903, der durch das Grenzbereichseinstellmittel 19 eingestellt wird, auf null reduziert, um eine Reaktionssteuerung zu ermöglichen, die durch das zweite Reaktionsdrehmoment-Steuermittel 17 allein durchzuführen ist. Wenn in den Sub-Lenkmechanismen 2 und 3, die in dieser Ausführungsform verwendet werden, die Steuerausgabe an den Reaktionsmotor 801 auf null eingestellt ist, sind das Lenkrad 1 und der Lenkmechanismus 5 in einer mechanischen 1 : 1-Entsprechung miteinander eingestellt. Deshalb ist es möglich, den Rädern 7a und 7b, die zum Lenken gedreht werden, Lenkwinkel gemäß dem Umfang einer Lenkoperation des Lenkrads 1 zu geben, ohne das Radlenkwinkel-Steuermittel 14 zu verwenden. Somit kann eine Steuerung entsprechend einer gewöhnlichen Servolenkung, die durch einen Elektromotor unterstützt wird, d. h. eine Steuerung, die stets in dem in Fig. 3 gezeigten Zustand ist, unter Verwendung nur des zweiten Reaktionsdrehmoment- Steuermittels 17 durchgeführt werden, um einen Energieverbrauch zu reduzieren.
Die vorliegende Erfindung wurde durch Beispiele in Bezug auf einen Fall beschrieben, wo zwei Planetengetriebe-Mechanismen kombiniert sind, um einen Sub-Lenkmechanismus zu bilden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Sub-Mechanismusaufbau begrenzt. Die vorliegende Erfindung kann auf einen beliebigen Sub-Lenkmechanismus angewendet werden, wenn der Mechanismus fähig ist, zwei Drehwinkel mechanisch miteinander zu addieren.

Claims

1. Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug umfassend:
ein Lenkrad (1), das durch einen Fahrer betrieben wird;
einen Sub-Lenkmechanismus (2, 3) zum mechanischen Addieren eines Hilfslenkwinkels zu einem Drehwinkel des Lenkrads;
einen Lenkmechanismus (5) zum Drehen von Rädern zum Lenken;
einen Reaktionssteuermechanismus (8), um dem Lenkrad ein Reaktionsdrehmoment durch Erregen des Sub-Lenkmechanismus mit einem Antriebsdrehmoment zu geben;
einen Radlenkwinkel-Steuermechanismus (9) zum Ansteuern des Lenkmechanismus;
ein Reaktionsdrehmoment-Erfassungsmittel (10) zum Erfassen des Reaktionsdrehmoments, das in dem Lenkrad erzeugt wird;
ein Radlenkwinkel-Erfassungsmittel (11) zum Erfassen der Radlenkwinkel der Räder;
ein Lenkradlenkwinkel-Erfassungsmittel (12) zum Erfassen eines Lenkradwinkels, wenn das Lenkrad betrieben wird;
ein Zielradlenkwinkel-Erzeugungsmittel (13) zum Erzeugen eines Zielradlenkwinkels auf der Basis des Lenkradwinkels, der durch das Lenkradlenkwinkel-Erfassungsmittel erfasst wird;
ein Radlenkwinkel-Steuermittel (14) zum Steuern der Radlenkwinkel der Räder, die zum Lenken gedreht werden, durch Ansteuern des Radlenkwinkel-Steuermechanismus, sodass die Radlenkwinkel, die durch das Radlenkwinkel-Erfassungsmittel erfasst werden, und der Zielradlenkwinkel, der durch das Zielradlenkwinkel-Erzeugungsmittel erzeugt wird, miteinander übereinstimmen;
ein Zielreaktionserzeugungsmittel (15) zum Erzeugen einer Zielreaktion auf der Basis des Lenkradwinkels, der durch das Lenkradlenkwinkel-Erfassungsmittel erfasst wird;
ein erstes Reaktionsdrehmoment-Steuermittel (16) zum Steuern des Reaktionsdrehmoments, das in dem Lenkrad erzeugt wird, durch Ansteuern des Reaktionssteuermechanismus, sodass das Reaktionsdrehmoment, das durch das Reaktionsdrehmoment-Erfassungsmittel erfasst wird, und die Zielreaktion, die durch das Zielreaktionserzeugungsmittel erzeugt wird, miteinander übereinstimmen;
ein zweites Reaktionsdrehmoment-Steuermittel (17) zum Kompensieren einer Ausgabe von dem Radlenkwinkel-Steuermittel, sodass das Reaktionsdrehmoment, das durch das Reaktionsdrehmoment-Erfassungsmittel erfasst wird, und die Zielreaktion, die durch das Zielreaktionserzeugungsmittel erzeugt wird, miteinander übereinstimmen;
ein Reaktionssteuer-Begrenzungsmittel (18) zum Begrenzen einer Ausgabe von dem ersten Reaktionsdrehmoment-Steuermittel auf der Basis eines Grenzwerts; und
Grenzbereichseinstellmittel (19) zum Einstellen des Grenzwerts, der durch das Reaktionssteuer-Begrenzungsmittel verwendet wird.

2. Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Grenzbereichseinstellmittel den Grenzwert auf der Basis der Abweichung zwischen dem Radlenkwinkel, der durch das Radlenkwinkel-Erfassungsmittel erfasst wird, und dem Zielradlenkwinkel, der durch das Zielradlenkwinkel- Erzeugungsmittel erzeugt wird, einstellt.

3. Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Grenzbereichseinstellmittel den Grenzwert gemäß einem vorbestimmten Muster allmählich reduziert, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind: eine Abweichung zwischen dem Radlenkwinkel, der durch das Radlenkwinkel-Erfassungsmittel erfasst wird, und dem Zielradlenkwinkel, der durch das Zielradlenkwinkel-Erzeugungsmittel erzeugt wird, gleich oder kleiner einem ersten vorbestimmten Wert ist; ein Wert einer Ableitung erster Ordnung des Zielradlenkwinkels gleich oder kleiner einem zweiten vorbestimmten Wert ist; der Wert der Ableitung erster Ordnung des Radlenkwinkels gleich oder kleiner einem dritten vorbestimmten Wert ist; und der Wert der Ableitung erster Ordnung des Lenkradwinkels, der durch das Lenkradwinkel-Erfassungsmittel erfasst wird, gleich oder kleiner einem vierten vorbestimmten Wert ist, und wobei wenn die Bedingungen nicht erfüllt sind, das Grenzbereichseinstellmittel einen derartigen Grenzwert einstellt, dass die Ausgabe von dem ersten Reaktionsdrehmoment-Steuermittel nicht begrenzt ist.

4. Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei wenn eine Bedingung, dass der Lenkradwinkel, der durch das Lenkradlenkwinkel-Erfassungsmittel erfasst wird, und der Zielradlenkwinkel miteinander in einer 1 : 1-Beziehung sind, erfüllt ist, das Grenzbereichseinstellmittel einen derartigen Grenzwert ausgibt, das eine Reaktionssteuerung durch das erste Reaktionsdrehmoment-Steuermittel nicht durchgeführt werden kann.