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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenksteuerungsvorrichtung zum Steuern eines auf die Lenkung aufgebrachten Reibdrehmoments und eine diese Vorrichtung verwendende Lenkvorrichtung.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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In dem japanischen Patent
JP 3 901 928 B2 (nachstehend als Patent '928 bezeichnet) ist ein Steuergerät für eine elektrische Lenkhilfevorrichtung offenbart, die eine Steuervorrichtung aufweist, um ein Antreiben eines Motors auf der Grundlage eines Motorstrombefehlwerts zu steuern, wobei das Steuergerät eine Solllenkdrehmomenteinstellungsvorrichtung, um ein Solllenkdrehmoment auf der Grundlage eines Lenkdrehmoments und einer Fahrzeuggeschwindigkeit einzustellen; eine Hilfsstromberechnungsvorrichtung, um einen Hilfsstrombefehlswert auf der Grundlage eines Lenkdrehmoments, des Solllenkdrehmoments und des Motorstroms des Motors zu berechnen; eine Solllenkwinkeleinstellungsvorrichtung, um einen Solllenkwinkel zum Wiederzurückstellen des Lenkrades in eine Neutralposition auf der Grundlage des Lenkwinkels und der Fahrzeuggeschwindigkeit einzustellen; eine Solllenkwinkelgeschwindigkeiteinstellungsvorrichtung, um eine Solllenkwinkelgeschwindigkeit auf der Grundlage einer Abweichung des Lenkwinkels von dem Solllenkwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit einzustellen; eine Sollzusammenlaufstromeinstellungsvorrichtung, um einen Sollzusammenlaufstrom auf der Grundlage einer Abweichung der Lenkwinkelgeschwindigkeit von der Solllenkwinkelgeschwindigkeit einzustellen; und eine Bestimmungsvorrichtung aufweist, um auf der Grundlage des Lenkdrehmoments zu bestimmen, ob ein Benutzer bzw. eine Benutzerin seine/ihre Hände vom Lenkrad löst, wobei die Ausgangsgröße des Sollzusammenlaufstroms der Sollzusammenlaufstromeinstellungsvorrichtung gemäß dem Bestimmungsergebnis der Bestimmungsvorrichtung freigegeben oder beschränkt wird und die Ausgangsgröße dem Hilfsstrombefehlswert zugefügt wird, um den Motorstrombefehlswert zu erzeugen.
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Gemäß dem Patent
'928 wird der Sollzusammenlaufstrom, der basierend auf der Abweichung des Lenkwinkels von dem Solllenkwinkel zum Wiederzurückstellen des Lenkrades in eine Neutralposition eingestellt ist, dem Hilfsstrombefehlswert zur Erzeugung des Motorstrombefehlswertes hinzugefügt, wenn die Situation erfasst wurde, in welcher der Benutzer bzw. die Benutzerin seine/ihre Hände vom Lenkrad löst. Folglich wird selbst in der Situation, in der das Lenkdrehmoment nicht erzeugt wird, ein Drehmoment entsprechend dem Sollzusammenlaufstrom zum Wiederzurückstellen des Lenkrades in die Neutralposition zusätzlich erzeugt, was eine Fähigkeit zum Wiederzurückstellen des Lenkrades in die Neutralposition verbessert.
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Zur Reduzierung der benötigten Energie bzw. Kraft zur Beibehaltung des Lenkwinkels und Verbesserung der Stabilität zur Beibehaltung des Lenkwinkels ist es möglich, ein Reibdrehmoment auf ein Lenksystem mechanisch aufzubringen. Jedoch ist es wünschenswert, das Reibdrehmoment nicht mittels eines mechanischen Mechanismus, sondern einer elektrischen Steuerung zu erzeugen, da sich ein geeignetes Reibdrehmoment je nach Zustand des Fahrzeugs, wie beispielsweise einer Fahrzeuggeschwindigkeit, eines Lenkwinkel, etc., unterscheidet.
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Bezüglich dieses Punktes wird gemäß dem Patent
'928 das Reibdrehmoment unter Verwendung des Sollzusammenlaufstroms mittels einer elektrischen Steuerung erzeugt, obwohl eine solche Situation auf eine spezifische Situation begrenzt ist, in welcher der Benutzer bzw. die Benutzerin seine/ihre Hände vom Lenkrad löst. Jedoch ist es nicht möglich, eine Haftreibung zu reproduzieren, da das Reibdrehmoment als eine Funktion einer Lenkgeschwindigkeit (Lenkwinkelgeschwindigkeit) erzeugt wird. Es ist insbesondere nicht möglich, in solch einem statischen Zustand das Reibdrehmoment zu erzeugen, da die Lenkgeschwindigkeit in einem statischen Zustand Null ist. Aus diesem Grund ist es gemäß dem Patent
'928 weder möglich, die Leistung, die zur Beibehaltung des Lenkwinkels und Verbesserung der Stabilität zur Beibehaltung des Lenkwinkels erforderlich ist, zu reduzieren, noch die Lenkrückstellung bei der Geradeausfahrt zu reduzieren.
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Die Offenbarungsschrift
DE 10 2004 022 098 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zum Reduzieren von Lenkungsreißen und auf ein Lenksystem, bei denen im Falle einer ungewollten Lenkradwinkeländerung eine Bewegungsdämpfung bestimmt und in den Lenkradstrang eingebracht wird, wobei die Fahrzeugsgeschwindigkeit und das Radantriebsmoment sowie die Lenkradwinkelbeschleunigung und die Richtung der Lenkradwinkeländerung bei der Ermittlung der Bewegungsdämpfung von einem Gegenmoment gebildet sein kann.
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Bei dem Verfahren zum Erleichtern eines Lenkvorgangs nach der Offenlegungsschrift
DE 102 60 752 A1 wird ein für eine aktuelle Fahrsituation angemessenes Lenkrad-Rückstellmoment berechnet, bei dem das aktuelle Lenkraddrehmoment, der aktuelle Lenkradwinkel und die Fahrsituation berücksichtigt werden können.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenksteuerungsvorrichtung und eine diese Vorrichtung verwendende Lenkvorrichtung vorzusehen, wobei die Lenksteuerungsvorrichtung das Reibdrehmoment mittels einer elektrischen Steuerung derart bereitstellen kann, dass diese die Kraft, die zur Beibehaltung des Lenkwinkels erforderlich ist, reduzieren, die Stabilität zur Beibehaltung des Lenkwinkels verbessern und die Lenkrückstellung reduzieren kann.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Lenksteuerungsvorrichtung gemäß dem Anspruch 1 oder dem Anspruch 9 sowie durch eine für ein Fahrzeug verwendete Lenkvorrichtung nach dem Anspruch 16. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Um die oben genannten Aufgaben zu erfüllen, betrifft der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Lenksteuerungsvorrichtung, die aufweist:
eine Reibdrehmomentberechnungsvorrichtung, um auf der Grundlage von Informationen, die einen Zustand eines Fahrzeugs darstellen, einen auf eine Lenkung aufzubringenden Reibdrehmomentwert (Tt) zu berechnen;
eine Solllenkwinkelerzeugungsvorrichtung, um einen Solllenkwinkel (θt) auf der Grundlage des eingestellten Reibdrehmomentwerts (Tt) zu erzeugen;
eine Zusatzreibdrehmomentberechnungsvorrichtung, um ein Zusatzreibdrehmoment (Tc) auf der Grundlage einer Abweichung zwischen dem erzeugten Solllenkwinkel (θt) und einem Lenkwinkel (θ) zu berechnen; und
eine Lenkreibdrehmomentsteuerungsvorrichtung, zum Steuern eines Reibdrehmoments, das durch einen Aktuator auf die Lenkung aufgebracht wird, auf der Grundlage des berechneten Zusatzreibdrehmoments (Tc).
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Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen beim ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Informationen, die den Zustand des Fahrzeugs darstellen, Informationen auf, die eine Fahrzeuggeschwindigkeit darstellen, und ist in der Reibdrehmomentberechnungsvorrichtung der Reibdrehmomentwert (Tt), der berechnet wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit eine erste Fahrzeuggeschwindigkeit ist, größer als der Reibdrehmomentwert (Tt), der berechnet wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit eine zweite Fahrzeuggeschwindigkeit ist, wobei die zweite Fahrzeuggeschwindigkeit geringer als die erste Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
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Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen beim ersten oder zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Informationen, die den Zustand eines Fahrzeugs darstellen, Informationen auf, die den Lenkwinkel (θ) darstellen, und ist in der Reibdrehmomentberechnungsvorrichtung der Reibdrehmomentwert (Tt), der berechnet wird, wenn der Lenkwinkel (θ) ein erster Lenkwinkel ist, größer als der Reibdrehmomentwert (Tt), der berechnet wird, wenn der Lenkwinkel (θ) ein zweiter Fahrzeuglenkwinkel ist, wobei der zweite Lenkwinkel kleiner als der erste Lenkwinkel ist.
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Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei einem der vorangehenden Aspekte der vorliegenden Erfindung in der Zusatzreibdrehmomentberechnungsvorrichtung das Zusatzreibdrehmoment (Tc) durch Multiplikation der Abweichung zwischen dem eingestellten Solllenkwinkel (θt) und dem Lenkwinkel (θ) mit einem Verstärkungsfaktor berechnet.
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Gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung weist bei dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Lenksteuerungsvorrichtung ferner eine Filterungsvorrichtung zum Berechnen eines gefilterten Zusatzreibdrehmoments (Tcf) durch Tiefpassfilterung des Zusatzdrehmoments (Tc), das durch Multiplikation der Abweichung mit dem Verstärkungsfaktor erhalten wird, auf, und steuert die Lenkreibdrehmomentsteuerungsvorrichtung das Reibdrehmoment auf der Grundlage des gefilterten Zusatzreibdrehmoments (Tcf) anstatt des eingestellten Zusatzreibdrehmoments (Tc).
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Gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird beim fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung auf einen Fixwert eingestellt, der im Wesentlichen einer Gierresonanzfrequenz des Fahrzeugs entspricht oder mit der Fahrzeuggeschwindigkeit variiert wird.
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Gemäß dem siebten Aspekt der Erfindung wird bei einem der vorangehenden Aspekte der vorliegenden Erfindung in der Solllenkwinkelerzeugungsvorrichtung ein oberer Grenzwert der Abweichung (Δθ) auf der Grundlage des eingestellten Reibdrehmomentwerts (Tt) eingestellt und, wenn ein Absolutwert der Abweichung zwischen dem eingestellten Solllenkwinkel (θt) und dem Lenkwinkel (θ) größer als der eingestellte obere Grenzwert der Abweichung (Δθ) ist, der Solllenkwinkel (θt) derart geändert, dass der Absolutwert der Abweichung abnimmt, wohingegen der Solllenkwinkel (θt) unverändert bleibt, wenn der Absolutwert der Abweichung geringer als der eingestellte obere Grenzwert der Abweichung (Δθ) ist.
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Gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird beim vierten oder fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung in der Solllenkwinkelerzeugungsvorrichtung ein oberer Grenzwert der Abweichung (Δθ) durch Division des berechneten Reibdrehmomentwerts (Tt) durch den Verstärkungsfaktor eingestellt und, wenn die Abweichung, die durch Subtraktion des Lenkwinkels (θ) von dem erzeugten Solllenkwinkel (θt) erhalten wird, größer als der eingestellte obere Grenzwert der Abweichung (Δθ) ist, der Solllenkwinkel (θt) in einen Wert (θ + Δ) geändert, der durch Addition des oberen Grenzwerts der Abweichung (Δθ) zum Lenkwinkel (θ) erhalten wird, wenn die Abweichung geringer als ein negativer Wert (–Δ) des eingestellten oberen Grenzwerts der Abweichung (Δθ) ist, der Solllenkwinkel (θt) in einen Wert (θ – Δ) geändert, der durch Subtraktion des oberen Grenzwerts der Abweichung (Δθ) von dem Lenkwinkel (θ) erhalten wird und bleibt der Solllenkwinkel (θt) unverändert, wenn ein Absolutwert der Abweichung geringer als der eingestellte obere Grenzwert der Abweichung (Δθ) ist.
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Der neunte Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Lenksteuerungsvorrichtung, die aufweist:
eine Reibdrehmomentberechnungsvorrichtung zum Berechnen eines auf eine Lenkung aufzubringendes Reibdrehmomentwert (Tt) auf der Grundlage von Informationen, die einen Zustand eines Fahrzeugs darstellen;
eine Solllenkwinkelerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines Solllenkwinkels (θt) auf der Grundlage eines Lenkwinkels (θ);
eine Zusatzreibdrehmomentberechnungsvorrichtung, zum Berechnen eines Zusatzreibdrehmoments (Tc) auf der Grundlage einer Abweichung zwischen dem erzeugten Solllenkwinkel (θt) und einem Lenkwinkel (θ); und
eine Lenkreibdrehmomentsteuerungsvorrichtung zum Steuern eines Reibdrehmoment, das durch einen Aktuator auf die Lenkung aufgebracht wird auf der Grundlage des berechneten Zusatzreibdrehmoments (Tc),
wobei in der Zusatzreibdrehmomentberechnungsvorrichtung, wenn ein Absolutwert der Abweichung zwischen dem erzeugten Solllenkwinkel (θt) und dem Lenkwinkel (θ) größer als ein vorbestimmter oberer Grenzwert der Abweichung (Δθ) ist, der berechnete Reibdrehmomentwert (Tt) als das Zusatzreibdrehmoment (Tc) eingestellt wird, wohingegen wenn der Absolutwert der Abweichung geringer als der vorbestimmte obere Grenzwert der Abweichung (Δθ) ist, ein Drehmomentwert, der geringer als der berechnete Reibdrehmomentwert (Tt) ist, als das Zusatzreibdrehmoment (Tc) eingestellt wird.
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Gemäß dem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird beim neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung in der Zusatzreibdrehmomenteinstellungsvorrichtung bzw. Zusatzreibdrehmomentberechnungsvorrichtung, wenn der Absolutwert der Abweichung zwischen dem erzeugten Solllenkwinkel (θt) und dem Lenkwinkel (θ) geringer als der vorbestimmte obere Grenzwert der Abweichung (Δθ) ist, ein durch Multiplikation der Abweichung zwischen dem erzeugten Solllenkwinkel (θt) und dem Lenkwinkel (θ) mit dem Verstärkungsfaktor erhaltene Drehmomentwert als das Zusatzreibdrehmoment (Tc) berechnet, wobei der Verstärkungsfaktor ein Wert (Tt/Δ) ist, der durch Division des berechneten Reibdrehmomentwerts (Tt) durch den vorbestimmten oberen Grenzwert der Abweichung (Δθ) erhalten wird.
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Gemäß dem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung weist beim neunten oder zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Lenksteuerungsvorrichtung ferner eine Filterungsvorrichtung zum Berechnen eines gefilterten Zusatzreibdrehmoments (Tcf) durch Tiefpassfilterung des eingestellten Zusatzreibdrehmoments (Tc) auf und steuert die Lenkreibdrehmomentsteuerungsvorrichtung das Reibdrehmoment auf der Grundlage des gefilterten Zusatzreibdrehmoments (Tcf) anstatt des eingestellten Zusatzreibdrehmoments (Tc).
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Gemäß dem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei einem der Aspekte neun, zehn und elf der vorliegenden Erfindung der vorbestimmte obere Grenzwert der Abweichung (Δθ) ein variabler Wert, der auf der Grundlage des eingestellten Reibdrehmomentwerts (Tt) eingestellt wird.
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Gemäß dem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei einem der Aspekte neun, zehn und elf der vorliegenden Erfindung der vorbestimmte obere Grenzwert der Abweichung (Δθ) ein Fixwert, der durch Division des eingestellten Reibdrehmomentwerts (Tt) durch den Verstärkungsfaktor eingestellt wird.
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Gemäß dem vierzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei einem der Aspekte neun, zehn, elf, zwölf und dreizehn der vorliegenden Erfindung, wenn die Abweichung, die durch Subtraktion des Lenkwinkels (θ) von dem erzeugten Solllenkwinkel (θt) erhalten wird, größer als der vorbestimmte obere Grenzwert der Abweichung (Δθ) ist, in der Solllenkwinkeleinstellungsvorrichtung der Solllenkwinkel (θt) in einen Wert (θ + Δ) geändert, der durch Hinzufügen bzw. Addition des oberen Grenzwerts der Abweichung (Δθ) zu dem Lenkwinkel (θt) erhalten wird, wenn die Abweichung geringer als ein negativer Wert (–Δ) des vorbestimmten oberen Grenzwerts der Abweichung (Δθ) ist, der Solllenkwinkel (θt) in einen Wert (θ – Δ) geändert, der durch Subtraktion des oberen Grenzwerts der Abweichung (Δθ) von dem Lenkwinkel (θ) erhalten wird, und bleibt der Solllenkwinkel (θt) unverändert, wenn ein Absolutwert der Abweichung geringer als der vorbestimmte obere Grenzwert der Abweichung (Δθ) ist.
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Gemäß dem fünfzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist bei einem der vorgenannten Aspekte der vorliegenden Erfindung die Lenksteuerungsvorrichtung ferner eine Grundlenkhilfsdrehmomentberechnungsvorrichtung, um ein Solllenkdrehmoment (Ta) auf der Grundlage eines Lenkdrehmoments zu berechnen, und eine Lenkhilfsdrehmomentsteuerungsvorrichtung auf, um ein Lenkhilfsdrehmoment, das durch den Aktuator auf die Lenkung ausgeübt wird, auf der Grundlage des berechneten Solllenkdrehmoments (Ta) zu steuern.
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Der sechzehnte Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung, die gekennzeichnet ist durch:
die Lenksteuerungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Aspekte der vorliegenden Erfindung; und
eine elektrische Lenkhilfevorrichtung, die den durch die Lenksteuerungsvorrichtung zu steuernden Aktuator aufweist.
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Der siebzehnte Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Lenksteuerungsvorrichtung, die aufweist:
eine Reibdrehmoment berechnungsvorrichtung, die ausgebildet ist, einen auf eine Lenkung aufzubringenden Reibdrehmomentwert (Tt) auf der Grundlage von Informationen, die einen Zustand eines Fahrzeugs darstellen, zu berechnen;
eine Solllenkwinkelerzeugungsvorrichtung, die ausgebildet ist, einen Solllenkwinkel (θt) auf der Grundlage des eingestellten Reibdrehmomentwerts (Tt) zu erzeugen;
einen Einstellungsabschnitt für ein aufgebrachtes Reibdrehmoment, der ausgebildet ist, ein aufgebrachtes Reibdrehmoment auf der Grundlage einer Abweichung zwischen dem eingestellten Solllenkwinkel (θt) und einem Lenkwinkel (θ) einzustellen; und
einen Lenkreibdrehmomentsteuerungsabschnitt, der ausgebildet ist, ein Reibdrehmoment, das auf die Lenkung durch einen Aktuator aufgebracht wird, auf der Grundlage des eingestellten Zusatzreibdrehmoments (Tc) zu steuern.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung können eine Lenksteuerungsvorrichtung und eine diese Vorrichtung verwendende Lenkvorrichtung erhalten werden, wobei die Lenksteuerungsvorrichtung das Reibdrehmoment mittels einer elektrischen Steuerung derart aufbringen kann, dass diese die Kraft, die zur Beibehaltung des Lenkwinkels erforderlich ist, reduzieren, die Stabilität zur Beibehaltung des Lenkwinkels verbessern und die Lenkrückstellung reduzieren kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Diese und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht. Es zeigen:
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1 eine grafische Darstellung zur schematischen Veranschaulichung einer Übersicht eines Ausführungsbeispiels einer für ein Fahrzeug verwendeten Lenkvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 eine grafische Darstellung zur schematischen Veranschaulichung der durch eine ECU 80 realisierten Hauptsteuerungsinhalte;
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3 ein funktionales Blockschaltbild eines Beispiels eines Lenkgegenkraftsteuerungsabschnitts 82 und eines Reibdrehmomenthinzufügeabschnitts 84 der ECU 80;
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4 eine grafische Darstellung, um ein Beispiel eines Kennfeldes zur Berechnung eines Solllenkdrehmoments (Tr*) als eine Funktion eines Lenkdrehmoments Tr und einer Fahrzeuggeschwindigkeit v zu zeigen;
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5 eine grafische Darstellung, um ein Beispiel eines Kennfeldes zur Berechnung eines Reibdrehmoments (Tt), das auf ein Lenkrad 11 ausgeübt wird, als eine Funktion eines Lenkwinkels und einer Fahrzeuggeschwindigkeit v sowie um ein Beispiel einer Art zum Berechnen des Reibdrehmoments zu zeigen;
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6 ein Flussdiagramm eines bevorzugten Beispiels einer Art zum Berechnen des Solllenkwinkels im Reibdrehmomenthinzufügeabschnitt 84;
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7 eine grafische Darstellung, um ein Beispiel einer Beziehung zwischen einer Änderungsweise des Lenkwinkels θ und einer Änderungsweise eines Solllenkwinkels θt in zeitlicher Abfolge zu zeigen;
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8 eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung der Charakteristiken des berechneten Zusatzreibdrehmoments Tc;
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9 eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung der Charakteristiken des Zusatzreibdrehmoments Tc in einem spezifischen Fall, der dem Fall entspricht, in dem ein Verstärkungsfaktor K auf unendlich eingestellt wird;
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10 eine grafische Darstellung eines Modells zur Visualisierung der Charakteristiken des Zusatzreibdrehmoments Tc;
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11 eine grafische Darstellung, welche die Bewegungsversuchsergebnisse gemäß einer Konfiguration des Standes der Technik zeigt;
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12 eine grafische Darstellung, welche Bewegungsversuchsergebnisse gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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13 eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung der Charakteristiken des gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel realisierten Zusatzreibdrehmoments Tc;
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14 ein Flussdiagramm eines bevorzugten Beispiels einer Art zum Berechnen des Solllenkwinkels gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel; und
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15 ein Flussdiagramm eines Beispiels einer Art zum Berechnen des Zusatzreibdrehmoments Tc gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lenkvorrichtung, die in einem Fahrzeug verwendet wird
- 11
- Lenkrad
- 12
- Lenksäule
- 13
- Gummikupplung
- 14
- Lenkwelle
- 15
- Drehmomentsensor
- 16
- Zwischenwelle
- 17
- Ritzel
- 18
- Lenkzahnstange
- 19
- Spurstange
- 20
- Lenkhilfevorrichtung
- 22
- Hilfsmotor
- 24
- Drehwinkelsensor
- 74
- Lenkwinkelsensor
- 80
- ECU
- 82
- Lenkgegenkraftsteuerungsabschnitt
- 84
- Reibdrehmomenthinzufügeabschnitt
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Beste Ausführungsart der Erfindung
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Im Folgenden wird die beste Ausführungsart der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben.
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1 ist eine grafische Darstellung zur schematischen Veranschaulichung einer Übersicht eines Ausführungsbeispiels einer für ein Fahrzeug verwendeten Lenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Lenkvorrichtung 10 hat eine Lenksäule 12, die ein Lenkrad 11 aufweist, welches ein Fahrer bedient. Die Lenksäule 12 nimmt drehbar eine Lenkwelle 14 auf, die einer Drehachse des Lenkrades 11 entspricht. Die Lenkwelle 14 ist über eine Gummikupplung 13 oder Ähnliches mit einer Zwischenwelle 16 verbunden. Die Zwischenwelle 16 ist mit einer Ritzelwelle (das heißt, einer Ausgangswelle) verbunden und ein Ritzel 17 der Ritzelwelle ist innerhalb eines Lenkgehäuses 31 mit einer Lenkzahnstange 18 (eine Lenkstange) in Eingriffskontakt. Die ersten Enden der Spurstangen 19 sind mit den entgegen gesetzten Enden der Lenkzahnstange 18 und die anderen Enden der Spurstangen 19 sind über Gelenke oder Ähnliches (nicht gezeigt) mit entsprechenden Fahrzeugrädern (nicht gezeigt) verbunden. Ferner ist die Zwischenwelle 16 oder die Lenkwelle 14 mit einem Lenksensor 74, der gemäß einem Lenkwinkel des Lenkrades 11 ein Signal erzeugt, und einem Drehmomentsensor 15, der gemäß einem der Lenkwelle 14 hinzugefügten Lenkdrehmoment ein Signal erzeugt, versehen. Es wird festgestellt, dass der Drehmomentsensor 15 beispielsweise aus zwei Resolvern ausgebildet sein kann, die jeweils an einer der beiden Wellen, der Zwischenwelle 16 (d. h. eine Eingangswelle) und der Ritzelwelle (d. h. eine Ausgangswelle), die über einen Torsionsstab miteinander verbunden sind, vorgesehen sind und das Drehmoment auf der Grundlage einer Abweichung des Drehwinkels zwischen diesen beiden Wellen erfasst wird.
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Die Lenkvorrichtung 10 hat eine Lenkhilfevorrichtung 20. Die Lenkhilfevorrichtung 20 weist als Hauptkomponenten einen Aktuator 22 (nachstehend als „ein Hilfsmotor 22” bezeichnet) zur Unterstützung der Lenkung und einen Drehwinkelsensor 24 zur Erfassung eines Drehwinkels (nachstehend auch als „ein Lenkmotordrehwinkel” bezeichnet) auf. Der Hilfsmotor 22 besteht beispielsweise aus einem Dreiphasenwechselstrommotor. Der Hilfsmotor 22 ist innerhalb des Lenkgetriebegehäuses 31 vorgesehen und ist koaxial zu der Lenkzahnstange 18. Der Hilfsmotor 22 unterstützt die Bewegung der Lenkzahnstange 18 mit seiner Antriebskraft. Die Konfiguration der Lenkhilfevorrichtung 20 selbst, einschließlich ihrer Position, kann beliebig sein. Der Hilfsmotor 22 der Lenkhilfevorrichtung 20 wird durch eine im Folgenden beschriebene ECU 80 gesteuert. Eine Art der Steuerung des Hilfsmotors 22 wird im Folgenden beschrieben.
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Als nächstes wird eine Hauptbetriebsweise der Lenkvorrichtung 10, die für ein Fahrzeug verwendetet wird, erläutert. Die Lenkvorrichtung 10 weist eine ECU 80 bzw. Lenksteuerungsvorrichtung 80, die wie im Folgenden beschrieben verschiedene Arten von Steuerungen ausführt, auf. Die ECU 80 umfasst hauptsächlich einen Mikroprozessor, der beispielsweise eine CPU, einen ROM, in dem Steuerungsprogramme gespeichert sind, einen RAM, in dem Berechnungsergebnisse gespeichert werden, eine Schaltuhr bzw. einen Timer, einen Zähler, ein Eingangs-Interface, ein Ausgangs-Interface, etc. aufweist.
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Die ECU 80 kann durch eine einzige ECU, welche Kontrolle über ein Lenksystem ausübt, oder durch Zusammenarbeit zwischen mehr als zwei ECUs realisiert sein. Der ECU 80 werden Informationen oder Daten zugeführt, die zur Realisierung verschiedener Arten von Steuerungen, die im Folgenden beschrieben sind, erforderlich sind. Insbesondere werden in die ECU 80 nach jeder vorbestimmten Periode verschiedene Sensorwerte von dem Drehmomentsensor 15, dem Drehwinkelsensor 24, dem Lenkwinkelsensor 74, dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (nicht dargestellt), etc. eingegeben. Ferner ist die ECU 80 mit einem Stromsensor (nicht dargestellt) verbunden, der einen Betriebsstrom des Hilfsmotors 22 der Lenkhilfevorrichtung 20 (nachstehend als „ein Hilfsmotorstrom” bezeichnet) erfasst. Das Signal, das den Hilfsmotorstrom darstellt, wird in die ECU 80 nach jeder vorbestimmten Periode eingegeben. Ferner ist die ECU 80 mit der Lenkhilfevorrichtung 20 als ein Steuerungsobjekt verbunden.
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2 ist eine grafische Darstellung zur schematischen Veranschaulichung des durch eine ECU 80 realisierten Hauptsteuerungsinhalts. Die ECU 80 führt mit der Lenkhilfevorrichtung 20 eine Lenkgegenkraftsteuerung mit Zusatzreibung aus. Diese Lenkgegenkraftsteuerung mit Zusatzreibung wird, wie es schematisch in 2 dargestellt ist, durch einen Lenkgegenkraftsteuerungsabschnitt 82 und einen Reibdrehmomenthinzufügeabschnitt 84 der ECU 80 ausgeführt.
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3 ist ein funktionales Blockschaltbild eines Beispiels eines Lenkgegenkraftsteuerungsabschnitts 82 und eines Reibdrehmomenthinzufügeabschnitts 84 der ECU 80. Die Prozesse des Reibdrehmomenthinzufügeabschnitts 84 werden im Folgenden beschrieben.
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In dem Lenkgegenkraftsteuerungsabschnitt 82 wird, wie es in 3 gezeigt ist, ein Solllenkdrehmoment (Tr*) auf der Grundlage des Lenkdrehmoments Tr, das von dem Drehmomentsensor 15 eingegeben wird, und der Fahrzeuggeschwindigkeit v, das von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor eingegeben wird, berechnet. Das Solllenkdrehmoment (Tr*) kann beispielsweise unter Verwendung solch eines Kennfeldes, wie es in 4 gezeigt ist, berechnet werden. In diesem Fall wird bestimmt, welchem der Bereiche Bereich mit hoher Geschwindigkeit, Bereich mit mittlerer Geschwindigkeit und Bereich mit niedriger Geschwindigkeit die Fahrzeuggeschwindigkeit v angehört, und anschließend wird das Solllenkdrehmoment (Tr*) gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit unter Verwendung der Kurve entsprechend dem bestimmten Geschwindigkeitsbereich, dem die Fahrzeuggeschwindigkeit v angehört, berechnet. Es ist festzustellen, dass bezüglich einer Definition eines positiven oder negativen Vorzeichens des Solllenkdrehmoments (Tr*) eine linke Drehrichtung des Drehmoments im Folgenden der Einfachheit halber als positive Richtung definiert wird. Dann wird ein Sollgegenkraftmotorstrom (leps*) auf der Grundlage einer Summe aus einem vorzugsweise gefilterten Zusatzreibdrehmoment (Tcf), das von dem Reibdrehmomenthinzufügeabschnitt 84 eingegeben wird, und dem Solllenkdrehmoment (Tr*) berechnet. Es ist festzustellen, dass eine in dem Reibdrehmomenthinzufügeabschnitt 84 angewendete Art zum Berechnen des vorzugsweise gefilterten Zusatzreibdrehmoments (Tcf) im Folgenden beschrieben wird. Dann wird eine Motorantriebsnutzleistung bzw. leistung (DUTYeps) auf der Grundlage der Abweichung zwischen einem Hilfsmotorstrom (gemessenen Wert) und dem Sollgegenkraftmotorstrom (leps*) berechnet. Zu dieser Zeit wird die Motorantriebsnutzleistung (DUTYeps) unter Berücksichtigung eines Hilfsmotordrehwinkels (θeps) bestimmt. Der Hilfsmotor 22 der Lenkhilfevorrichtung 20 wird gemäß der Motorantriebsnutzleistung (DUTYeps) gesteuert und folglich berechnet sowie ausgegeben. Dadurch wird die Lenkgegenkraftsteuerung realisiert. Es ist festzustellen, dass, wenn beispielsweise die Hände des Fahrers nur leicht in Kontakt mit dem Lenkrad 11 stehen oder die Hände des Fahrers nicht am Lenkrad 11 sind, das Lenkdrehmoment (Tr) und folglich das Solllenkdrehmoment (Tr*) zu Null oder im Wesentlichen zu Null werden. In diesem Fall entspricht das durch den Hilfsmotor 22 erzeugte Drehmoment, und zwar das Drehmoment, das auf das Lenkrad 11 ausgeübt wird, dem Zusatzreibdrehmoment, das vom Reibdrehmomenthinzufügeabschnitt 84 eingegeben wird.
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Als nächstes wird eine Hauptfunktion des Reibdrehmomenthinzufügeabschnitts 84 unter Bezugnahme auf das funktionale Blockschaltbild des Reibdrehmomenthinzufügeabschnitts 84, das in 3 und, falls notwendig, in den 5 bis 10 gezeigt wird, beschrieben.
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In dem Reibdrehmomenthinzufügeabschnitt 84 wird zuerst ein Reibdrehmoment Tt, das auf das Lenkrad 11 ausgeübt wird, auf der Grundlage des Lenkwinkels θ, der vom Lenkwinkelsensor 74 eingegeben wird, und von der Fahrzeuggeschwindigkeit v, die vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor eingegeben wird, berechnet (oder eingestellt).
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6 ist ein Flussdiagramm eines bevorzugten Beispiels einer Art zum Berechnen des Solllenkwinkels im Reibdrehmomenthinzufügeabschnitt 84. Vorzugsweise wird das Reibdrehmoment Tt unter Verwendung des in 5 gezeigten Kennfeldes berechnet. In 5 sind die Kurven des Reibdrehmoments Tt mit einer Abszisse des Lenkwinkels θ und einer Ordinate des Reibdrehmoments Tt gezeigt, und entsprechen die Kurven einem Bereich mit hoher Geschwindigkeit V2, einem Bereich mit mittlerer Geschwindigkeit V1 und einem Bereich mit niedriger Geschwindigkeit V0. Es ist festzustellen, dass bezüglich einer Definition eines positiven oder negativen Vorzeichens des Drehwinkels θ eine linke Drehrichtung bezüglich eine nominelle Position (d. h., Nullpunkt des Lenkwinkels θ) des Lenkrads 11 hier im Folgenden der Einfachheit halber als positive Richtung definiert wird.
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Für den Fall der Verwendung des in 5 gezeigten Kennfeldes wird bestimmt, welchem der Bereiche Bereich mit hoher Geschwindigkeit V2, Bereich mit mittlerer Geschwindigkeit V1 und Bereich mit niedriger Geschwindigkeit V0 die Fahrzeuggeschwindigkeit v angehört, und wird anschließend das Reibdrehmoment (Tt) gemäß dem Lenkwinkel θ unter Verwendung der Kurve entsprechend dem bestimmten Geschwindigkeitsbereich, dem die Fahrzeuggeschwindigkeit v angehört, berechnet. Es ist festzustellen, dass das hier bestimmte Reibdrehmoment (Tt) streng genommen nur ein physikalischer Betrag einer Größe ist und dass die Richtung, in der dieses aufgebracht wird (d. h., ein Vorzeichen, und zwar in diesem Beispiel ein positives Vorzeichen entsprechend einer linken Drehrichtung und ein negatives Vorzeichen entsprechend einer rechten Drehrichtung), später bestimmt wird.
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Gemäß dem in 5 gezeigten Kennfeld ist, wenn der Lenkwinkel θ konstant ist, das Reibdrehmoment (Tt), das eingestellt wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit relativ hoch ist, größer als die die eingestellt wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit relativ gering ist. Das liegt daran, dass es im Bereich hoher Geschwindigkeit V2 oder im Bereich mittlerer Geschwindigkeit V1 wünschenswert ist, ein relativ großes Reibdrehmoment (Tt) hinsichtlich Reduzierung der benötigten Leistung und der Verbesserung der Stabilität zur Beibehaltung des Lenkwinkels sowie der Verbesserung der Stabilität der Geradeausbewegung zu erzeugen, wohingegen im Bereich mit niedriger Geschwindigkeit V0 das zunehmende Reibdrehmoment (Tt) dazu tendiert, dem Fahrer ein Gefühl von Widerstand zu vermitteln, und dieses folglich ein Lenkgefühl abwertet. Ferner ist gemäß dem in 5 gezeigten Kennfeld, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit die gleiche oder im gleichen Geschwindigkeitsbereich ist, das Reibdrehmoment (Tt), das eingestellt wird, wenn der Betrag des Lenkwinkels θ groß ist, größer als das Reibdrehmoment (Tt), das eingestellt wird, wenn der Betrag des Lenkwinkels θ klein ist. Das liegt daran, dass eine größere Querlast aufgrund des erhöhten Lenkwinkels des Fahrzeugrades dazu tendiert erzeugt zu werden, wenn der Betrag des Lenkwinkels θ groß ist, und folglich ist ein größeres Reibdrehmoment hinsichtlich der Reduzierung der benötigten Leistung und der Verbesserung der Stabilität zur Beibehaltung des Lenkwinkels erforderlich.
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Im Reibdrehmomenthinzufügeabschnitt 84 wird, wie es in 3 gezeigt ist, ein Solllenkwinkel θt nachfolgend dem oben genannten Berechnungsprozess des Reibdrehmoments Tt erzeugt (oder eingestellt). Eine Art zum Berechnen des Solllenkwinkels θt im Reibdrehmomenthinzufügeabschnitt 84 kann beispielsweise eine in 6 gezeigte Art sein. Es ist festzustellen, dass bezüglich einer Definition eines positiven oder negativen Vorzeichens des Solllenkwinkels θt eine linke Drehrichtung bezüglich einer nominellen Position (d. h., Nullpunkt des Lenkwinkels θ) hierin im Folgenden der Einfachheit halber als positive Richtung definiert wird.
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6 ist ein Flussdiagramm eines bevorzugten Beispiels einer Art zum Berechnen des Solllenkwinkels im Reibdrehmomenthinzufügeabschnitt 84. Es ist festzustellen, dass die in 6 gezeigte Prozessroutine nach jeder vorbestimmten Periode (zum Beispiel 5 ms) ausgeführt werden kann.
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Gemäß der in 6 gezeigten Art wird zuerst in Schritt 100 bestimmt, ob der Solllenkwinkel θt initialisiert wurde, d. h., ob diese Periode eine Anfangsperiode ist. Wenn bestimmt wird, dass der Solllenkwinkel θt nicht initialisiert ist (d. h., im Falle der negativen Bestimmung in Schritt 100) ist, geht die Prozessroutine zu Schritt 102. Wenn andererseits diese Zeit keine Anfangsperiode ist, d. h., wenn der Solllenkwinkel θt vor der vorherigen Periode (d. h., im Falle der bestätigenden Bestimmung in Schritt 100) initialisiert wurde, geht die Prozessroutine direkt zu Schritt 104.
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In Schritt 102 wird ein Anfangswert des Solllenkwinkels θt eingestellt, um der Lenkwinkel θ (d. h., der Wert zu dieser Periode, der auch im Folgenden angewendet wird) zu sein. Es ist festzustellen, dass der Anfangswert des Solllenkwinkels θt Null sein kann.
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In Schritt 104 wird ein oberer Grenzwert einer Abweichung Δ berechnet. Der obere Grenzwert der Abweichung Δ wird wie folgt unter Verwendung des wie oben erwähnt berechneten Reibdrehmoments Tt und eines Verstärkungsfaktor K berechnet. Δ = Tt/K. Der Verstärkungsfaktor K kann ein beliebiger Fixwert sein, der unter Berücksichtigung der Steifigkeit des Lenksystems, etc., bestimmt ist. Es ist festzuhalten, dass es wünschenswert ist, dass der Verstärkungsfaktor K beispielsweise größer als eine Torsionssteifigkeit eines Abschnitts ist, dessen Torsionssteifigkeit als die Geringste im Lenksystem gilt. Im Allgemeinen entspricht der Abschnitt einem Torsionsstab. Es ist ebenfalls festzustellen, dass der obere Grenzwert der der Abweichung Δ ein positiver Wert ist, da Tt und K positive Werte sind.
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In Schritt 106 wird bestimmt, dass der Lenkwinkel θ, der in Schritt 104 berechnete obere Grenzwert der Abweichung Δ und der momentane Solllenkwinkel θt die folgende Beziehung erfüllen; θ > θt + Δ. Wenn bestimmt wird, dass θ > θt + Δ (d. h., im Falle der bestätigenden Bestimmung in Schritt 106) ist, geht die Prozessroutine zu Schritt 108. Wenn andererseits bestimmt wird, dass θ ≤ θt + Δ (d. h., im Falle einer negativen Bestimmung in Schritt 106) ist, geht die Prozessroutine zu Schritt 110.
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In Schritt 108 wird der Solllenkwinkel θt unter Verwendung des Lenkwinkels θ und des in Schritt 104 berechneten oberen Grenzwerts der Abweichung Δ wie folgt in einen neuen Wert geändert; θt = θ – Δ. Mit anderen Worten, wenn eine durch Subtraktion des Lenkwinkels θ vom Solllenkwinkel θt erhaltene Abweichung Δθ (= θt – θ) geringer als –Δ ist, dann wird der Solllenkwinkel θt durch θt = θ – Δ geändert (d. h., aktualisiert).
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In Schritt 110 wird bestimmt, dass der Lenkwinkel θ (der Wert zu dieser Periode), der in Schritt 104 berechnete obere Grenzwert der Abweichung Δ und der momentane Solllenkwinkel θt die folgende Beziehung erfüllen; θ < θt – Δ. Wenn bestimmt wird, dass < θt – Δ (d. h., im Falle der bestätigenden Bestimmung in Schritt 110) ist, geht die Prozessroutine zu Schritt 112.
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In Schritt 112 wird der Solllenkwinkel θt unter Verwendung des Lenkwinkels θ und des in Schritt 104 berechneten oberen Grenzwerts der Abweichung Δ wie folgt in einen neuen Wert geändert; θt = θ + Δ. Mit anderen Worten, wenn die durch Subtraktion des Lenkwinkels θ vom Solllenkwinkel θt erhaltene Abweichung Δθ (= θt – θ) größer als die Abweichung Δ ist, dann wird der Solllenkwinkel θt durch θt = θ + Δ geändert (d. h., aktualisiert). Es ist festzustellen, dass wenn in Schritt 110 bestimmt wird, dass θ ☐ θt – Δ (d. h., im Falle der negativen Bestimmung in Schritt 110) ist, die Prozessroutine von dieser Zeit aus ohne einen weiteren Prozess auszuführen endet. Folglich bleibt in diesem Fall der momentane Solllenkwinkel θt ohne Änderung wie er ist. Mit anderen Worten, wenn die durch Subtraktion des Lenkwinkels θ vom Solllenkwinkel θt erhaltene Abweichung Δθ (= θt – θ) größer als oder gleich –Δ und kleiner als oder gleich Δ ist, dann bleibt der Solllenkwinkel θt ohne Änderung wie er ist.
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7 ist eine grafische Darstellung, um ein Beispiel einer Beziehung zwischen einer Änderungsweise des Solllenkwinkels θ und einer Änderungsweise eines Solllenkwinkels θt in zeitlicher Abfolge zu zeigen. Gemäß der Änderungsweise des Lenkwinkels wird das Lenkrad 11 vor dem Zeitpunkt t1 links, und dann nach dem Zeitpunkt t1 rechts gelenkt. Dementsprechend erfüllt der Solllenkwinkel θt die Beziehung von θ > θt + Δ vor dem Zeitpunkt t1 und wird folglich gemäß der Beziehung von θt = θ – Δ (siehe Schritt 108) geändert. Ferner erfüllt der Solllenkwinkel θt zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 die Beziehungen von θ ≤ θt + Δ und θ ≥ θt – Δ und bleibt unverändert (siehe negative Bestimmung in Schritt 110). Ferner erfüllt der Solllenkwinkel θt die Beziehung von θ < θt – Δ nach dem Zeitpunkt t2 und wird folglich gemäß der Beziehung von θt = θ + Δ (siehe Schritt 112) geändert.
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Im Reibdrehmomenthinzufügeabschnitt 84 wird, wie es in 3 gezeigt ist, ein Zusatzreibdrehmoment Tc nachfolgend dem obengenannten Berechnungsprozess des Solllenkwinkels θt erzeugt (oder eingestellt). Bezüglich einer Definition eines positiven oder negativen Vorzeichens eines Zusatzreibdrehmoments Tc wird eine linke Drehrichtung des Drehmoments wie im Falle des Solllenkdrehmoments (Tr*) als eine positive Richtung definiert.
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Das Zusatzreibdrehmoment Tc wird nach einer Formel Tc = K·Δθ, und zwar Tc = K·(θt – θ), unter Verwendung des Lenkwinkels θ, des wie oben berechneten Solllenkwinkels θt und des Verstärkungsfaktors K (= Tt/Δ) berechnet.
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Es ist festzuhalten, dass der hierin verwendete Verstärkungsfaktor K der gleiche Verstärkungsfaktor K ist, der für die oben genannte Berechnung des Solllenkwinkels (es wird sich auf die Erläuterung des Schrittes 104 in 6 bezogen) verwendet wird.
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8 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung der Charakteristik des berechneten Zusatzreibdrehmoments Tc, das wie oben erwähnt berechnet wird. In 8 gibt eine Querachse den Lenkwinkel θ und eine Ordinatenachse das Zusatzreibdrehmoment Tc an. In 8 werden als repräsentative Beispiele der Fall, in dem das Reibdrehmoment Tt das Drehmoment Tt1 ist, und der Fall, in dem das Reibdrehmoment Tt das Drehmoment Tt2 (< Tt1) ist, gezeigt. Mit anderen Worten werden der Fall des Reibdrehmoments Tt1 beim Bereich hoher Geschwindigkeit V2 oder mittlerer Geschwindigkeit V1 und der Fall des Reibdrehmoments Tt2 beim Bereich niedriger Geschwindigkeit V0 gezeigt. Ferner wird in 8 für ein besseres Verständnis und der Einfachheit halber in beiden Fällen von Tt1 oder Tt2 angenommen, dass der Solllenkwinkel θt der Gleiche ist und sich nicht mit änderndem Lenkwinkel θ ändert. Es ist festzuhalten, dass wenn sich der Solllenkwinkel θt ändert, dann der Graph lediglich entlang der Querachse verschoben wird, um an einem neuen Solllenkwinkel θt zentriert zu werden.
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Wie es in 8 gezeigt ist, wird wegen der Beziehung von Δ = Tt/K der obere Grenzwert der Abweichung Δ umso größer, je größer das Reibdrehmoment Tt ist. Zum Beispiel ist im Falle von Tt1 der obere Grenzwert der Abweichung Δ1 größer als der obere Grenzwert der Abweichung Δ2 im Falle von Tt2. Ferner nimmt der Betrag des Zusatzreibdrehmoments im Bereich von – Δ ≦ Δθ ≦ Δ wegen der Beziehung von Tc = K·Δθ, und zwar Tc = K·(θt – θ), proportional zu Δθ zu. In dem Bereich von Δθ > Δ oder Δθ < –Δ wird der Solllenkwinkel θt wie oben erwähnt geändert und ist der Betrag von Δθ ein konstanter Betrag Δ. Folglich ist der Betrag des Zusatzreibdrehmoments Tc wegen der Beziehung von Tc = K·Δθ und Δ = Tt/K entsprechend dem Betrag des Reibdrehmoments Tt ein konstanter Wert. Mit anderen Worten wird im Bereich von –Δ ≦ Δθ ≦ Δ das auf das Lenkrad 11 aufzubringende Reibdrehmoment Tt nicht wirklich auf das Lenkrad 11 aufgebracht. Nur nachdem ein Absolutwert von Δθ größer als der obere Grenzwert der Abweichung Δ ist, wird der Betrag des Zusatzreibdrehmoments Tc eingestellt, um der Betrag des Reibdrehmoments Tt zu sein, das auf das Lenkrad 11 aufgebracht werden soll. Das liegt daran, dass selbst in dem Bereich von –Δ ≦ Δθ ≦ Δ, wie in 9 gezeigt, wenn der Betrag des Zusatzreibdrehmoments Tc eingestellt wird, um der Betrag des auf das Lenkrad 11 aufzubringenden Reibdrehmoments Tt zu sein, eine zu einfache Eignung für das Reibdrehmoment besteht, zu empfindlich zu vibrieren, was das Lenkgefühl abwertet. Es ist festzuhalten, dass die in 9 gezeigte Charakteristik gleich der Charakteristik für den Fall ist, in dem der Verstärkungsfaktor K auf unendlich eingestellt ist.
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10 ist eine grafische Darstellung eines Modells zur Visualisierung der Charakteristik des Zusatzreibdrehmoments Tc. 10(A) entspricht dem Bereich von –Δ ≦ Δθ ≦ Δ. In diesem Fall ändert sich der Solllenkwinkel θt nicht und eine Kraft, die proportional einer Kraft T (z. B. eine äußere Kraft, die aufgrund einer Eingabe in das Fahrzeugrad erzeugt wird) ist, d. h., eine elastische Kraft, die erzeugt wird, wenn eine Feder mit einer Federkonstante K (= Verstärkungsfaktor K) durch einen Deformationsbetrag (θt – θ) deformiert wird, wird erzeugt. 10(B) entspricht dem Bereich von Δθ > Δ oder Δθ < –Δ. In diesem Fall ändert sich der Solllenkwinkel θt in eine Richtung, in die die Kraft T aufgebracht wird, und wird eine konstante Reibkraft Tt' (welche geringer als die Kraft T ist) bezüglich der Kraft T in eine entgegen gesetzte Richtung erzeugt. Es ist festzuhalten, dass die Reibkraft Tt' einem Wert entspricht, der durch Konvertierung des Reibdrehmoments in eine Kraftgröße erhalten wird.
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Wie es in 3 gezeigt ist, wird im Reibdrehmomenthinzufügeabschnitt 84 vorzugsweise im Anschluss an den zum oben genannten Berechnungsprozess des Zusatzreibdrehmoments Tc das Zusatzreibdrehmoment Tc mit einem Tiefpassfilter gefiltert. Hier wird das gefilterte Zusatzreibdrehmoment Tc durch ein Symbol Tcf dargestellt. Der Tiefpassfilter kann wie folgt ein Tiefpassfilter erster Ordnung oder ein anderer (beispielsweise kann die Ordnung erhöht werden) sein. Tcf = 1/(fc·s + 1)·Tc
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Hier stellt fc eine Grenzfrequenz dar und sollte fc ein Fixwert oder ein variabler Wert innerhalb eines Bereichs zwischen ungefähr 1 Hz und ungefähr 2 Hz sein. Das liegt daran, dass eine Gierresonanzfrequenz des Fahrzeugs in solch einem Bereich der Frequenz existiert und folglich die Variation des Reibdrehmoments adäquat gefiltert wird, was das Lenkgefühl verbessert. Es ist festzuhalten, dass die Grenzfrequenz fc gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit variiert werden kann, da sich die Gierresonanzfrequenz des Fahrzeugs mit der Fahrzeuggeschwindigkeit ändert. Alternativ kann die Grenzfrequenz fc als einfaches Beispiel ein Fixwert sein, welcher der Gierresonanzfrequenz des Fahrzeugs an einer repräsentativen Fahrzeuggeschwindigkeit (z. B. 80 km/h) entspricht.
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Es ist festzuhalten, dass der Berechnungsprozess das Zusatzreibdrehmoment Tc und der Tiefpassfilterungsprozess im Reibdrehmomenthinzufügeabschnitt 84 zu jeder Berechnungsperiode, welche die gleiche Berechnungsperiode ist, die zur Berechnung des Solllenkwinkels θt verwendet wird. Jedoch werden vorzugsweise der Berechnungsprozess des Zusatzreibdrehmoments Tc und der Tiefpassfilterungsprozess im Reibdrehmomenthinzufügeabschnitt 84 zu jeder Berechnungsperiode ausgeführt, die wesentlich kürzer als die Berechnungsperiode ist, die zur Berechnung des Solllenkwinkels θt verwendet wird, unter Berücksichtigung der Reaktionsfähigkeit, etc. Zum Beispiel kann die Berechnungsperiode zur Berechnung des Zusatzreibdrehmoments Tc (und Tcf) 400 μs sein, wenn die Berechnungsperiode zur Berechnung des Solllenkwinkels θt 5 ms sind.
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Auf diese Weise wird das vom Reibdrehmomenthinzufügeabschnitt 84 ausgegebene Zusatzreibdrehmoment Tcf, wie es oben beschrieben und in 3 gezeigt ist, in den Lenkgegenkraftsteuerungsabschnitt 82 eingegeben. Im Lenkgegenkraftsteuerungsabschnitt 82 wird das Zusatzreibdrehmoment Tcf dem Lenkrad 11 wie oben beschrieben mittels des Hilfsmotors 12 zugefügt.
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Gemäß dem oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsbeispiel kann unter anderem der folgende Effekt erreicht werden.
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Wie oben erwähnt werden gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Zusatzreibdrehmoment Tc oder Tcf auf eine Art elektronische Steuerung erzeugt. Folglich ist es möglich, den optimalen Betrag des Zusatzreibdrehmoments Tc in einer optimalen Richtung gemäß dem Status des Fahrzeuges, wie beispielsweise einer Fahrzeuggeschwindigkeit v und einem Lenkwinkel θ, zu erzeugen. Es ist beispielsweise möglich, eine Reduzierung der benötigten Leistung und eine Verbesserung der Stabilität zur Beibehaltung des Lenkwinkels ebenso wie eine Verbesserung der Stabilität zur Geradeausfahrt durch Erzeugung eines relativ hohen Reibdrehmoments im Bereich mittlerer oder hoher Geschwindigkeit zu realisieren, wohingegen im Bereich niedriger Geschwindigkeit ein Zusatzreibdrehmoment auf die Weise erzeugt wird, dass das Reibgefühl reduziert wird. Ferner ist es gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, ein optimales Zusatzreibdrehmoment auf eine Weise zu erzeugen, die unabhängig vom Lenkdrehmoment Tr (d. h., auf eine Weise unabhängig von der Hilfsdrehmomentsteuerung) ist. Ferner ist es selbst während der Zeitdauer möglich, in der sich der Lenkwinkel θ nicht wesentlich ändert (d. h., selbst während der Zeitdauer, in der die Lenkgeschwindigkeit im Wesentlichen Null ist) das Zusatzreibdrehmoment zu erzeugen, da das Zusatzreibdrehmoment gemäß der Abweichung zwischen dem Lenkwinkel θ und dem Solllenkwinkel θt erzeugt wird. Folglich ist es möglich, eine Haftreibung zu reproduzieren und eine Reduzierung der benötigten Leistung sowie eine Verbesserung der Stabilität zur Beibehaltung des Lenkwinkels zu realisieren. Ferner ist es möglich, eine weiche und vibrationsfreie (d. h., frei vom abnormen Gefühl) Reibcharakteristik, wie in 8 gezeigt, durch geeignetes Ändern des Solllenkwinkels θt gemäß der Abweichung zwischen dem Lenkwinkel θ und dem Solllenkwinkel θt, wie in 6 gezeigt, zu realisieren. Ferner ist es möglich, die Lenkhaltefähigkeit an einer beliebigen Lenkposition ohne Beschränkung auf die Nominalposition durch geeignete Änderung des Solllenkwinkels θt gemäß der Abweichung zwischen dem Lenkwinkel θ und dem Solllenkwinkel θt, wie in 6 gezeigt, zu verbessern.
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Hier werden Versuchsergebnisse, die ein Beispiel für Effekte zeigen die gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erreicht werden, beschrieben.
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11 ist eine grafische Darstellung, die Bewegungsversuchsergebnisse gemäß einer Konfiguration eines Standes der Technik zeigt, die nicht den Reibdrehmomenthinzufügeabschnitt 84 hat, wobei 11(A) eine zeitliche Abfolge einer Variation des Lenkwinkels θ und 11(B) eine zeitliche Abfolge einer Variation des Lenkdrehmoments Tr zeigt. Diese Konfiguration des Standes der Technik entspricht einer Konfiguration, in der die Eingangsgröße des Zusatzreibdrehmoments Tcf an den Lenkgegenkraftsteuerungsabschnitt 82 in 3 immer Null ist. In diesem Bewegungsversuch bewegte sich das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von 60 km/h auf der Straße, deren Oberfläche in eine rechte Richtung geneigt war. Die Neigungscharakteristik dieser Straße war derart, dass die Neigung nach rechts allmählich abnahm. Der Fahrer fuhr das Fahrzeug, um die Geradeausfahrt beizubehalten, unter Eingabe eines möglichst kleinen Lenkdrehmoments (d. h., im freihändigen Status).
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Gemäß der in 11 gezeigten Konfiguration des Standes der Technik trat das Lenkziehen zur rechten Richtung aufgrund der Straßenoberflächenneigung nach rechts auf und folglich änderte sich der Lenkwinkel θ zur rechten Richtung (d. h. negative Richtung), wenn das Lenkdrehmoment weggenommen wurde. Aus diesem Grund wurde herausgefunden, dass insgesamt sechs Mal Lenkbewegungen zur linken Richtung, wie durch X1–X6 dargestellt, notwendig waren, um die Geradeausfahrt beizubehalten.
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12 ist eine grafische Darstellung, die Ergebnisse eines Bewegungsversuchs gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt, wobei 12(A) eine zeitliche Abfolge einer Variation des Lenkwinkels θ, 12(B) eine zeitliche Abfolge einer Variation des Lenkdrehmoments Tr und 12(C) eine zeitliche Abfolge einer Variation des Zusatzreibdrehmoments Tcf zeigt. Die Versuchsbedingungen wie beispielsweise Neigung der Straße, Bewegungsabschnitt, etc. waren die Gleichen wie die in dem Fall der in 11 gezeigten Versuchsergebnisse.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel trat, wie es in 12 gezeigt ist, wenn das Lenkdrehmoment freigegeben wurde, in der ersten Hälfte des Bewegungsabschnitts das Lenkziehen zur rechten Richtung aufgrund der Straßenoberflächenneigung nach rechts auf und änderte folglich sich der Lenkwinkel θ zur rechten Richtung (d. h., negative Richtung). Aus diesem Grund wurde herausgefunden, dass insgesamt zwei Mal Lenkbewegungen zur linken Richtung, wie durch X1 und X2 dargestellt, notwendig waren, um die Geradeausfahrt beizubehalten. Jedoch wirkt das Zusatzreibdrehmoment Tcf gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zur linken Richtung, während das Lenkdrehmoment, wie es in 12(C) gezeigt ist, weggenommen wurde. Auf diese Weise wurde das Lenkziehen zur rechten Richtung reduziert und ein kleineres modifiziertes Lenkdrehmoment sowie ein kleinerer modifizierter Lenkwinkel waren bezüglich des in 11 gezeigten Falles der Konfiguration des Standes der Technik ausreichend. Ferner wurde gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in der zweiten Hälfte des Bewegungsabschnitts, in dem die Neigung der Straßenoberfläche bis zu einem gewissen Grade reduziert ist, festgestellt, dass das Lenkziehen zur rechten Richtung dank der Effekte des Zusatzreibdrehmoments vollständig reduziert wurde und folglich das modifizierte Lenkdrehmoment und der modifizierte Lenkwinkel unnötig wurden, selbst wenn das Lenkdrehmoment weggenommen wurde.
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Als nächstes wird eine Variante des oben genannten Ausführungsbeispiels (nachstehend als „ein erstes Ausführungsbeispiel” bezeichnet) ein weiteres Ausführungsbeispiel (nachstehend als „ein zweites Ausführungsbeispiel” bezeichnete) beschrieben.
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Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel hauptsächlich darin, dass der obere Grenzwert der Abweichung Δ ein vorbestimmter Fixwert ist und anstatt dessen der Verstärkungsfaktor K ein variabler Wert ist. Im Folgenden wird eine einzigartige Anordnung des zweiten Ausführungsbeispiels intensiv beschrieben, jedoch können andere Elemente die Gleichen wie die des oberen ersten Ausführungsbeispiels sein.
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13 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung von Charakteristiken des gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel realisierten Zusatzreibdrehmoments Tc und ist vergleichbar mit 8 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Wie es in 13 gezeigt ist, ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel der obere Grenzwert der Abweichung Δ ein vorbestimmter Fixwert und wird der Verstärkungsfaktor K variiert. Es ist festzustellen, dass die Beziehung zwischen dem Verstärkungsfaktor K und dem oberen Grenzwert der Abweichung Δ, wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels, als Δ = Tt/K ausgedrückt wird. Folglich wird in dem zweiten Ausführungsbeispiel der Verstärkungsfaktor K umso größer, je größer das Reibdrehmoment Tt ist. Demzufolge wird in dem Bereich von –Δ ≦ Δθ ≦ Δ die Variation des Zusatzreibdrehmoments Tc bezüglich dem gleichen Δθ umso größer, je größer das Reibdrehmoment Tt wird. Es ist festzustellen, dass im Bereich von Δθ > Δ oder Δθ < –Δ, wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels, der Betrag des Zusatzreibdrehmoments Tc gleich dem Betrag des Reibdrehmoments Tt und konstant ist. Da jedoch der obere Grenzwert der Abweichung Δ ein Fixwert ist, sind die Bereiche Δθ > Δ und Δθ < –Δ ungeachtet des Reibdrehmoments Tt festgelegt. In diesen Bereichen ist der Betrag des Zusatzreibdrehmoments Tc gleich dem Betrag des Reibdrehmoments Tt und und konstant.
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Es ist festzustellen, dass in dem zweiten Ausführungsbeispiel nur eine Art zum Berechnen des Solllenkwinkels θt und eine Art zum Berechnen des Zusatzreibdrehmoments Tc verschieden von denen des ersten Ausführungsbeispiels sind und folglich die Art zum Berechnen des Reibdrehmoments Tt und der Prozess der Tiefpassfilterung gleich den Prozessen des ersten Ausführungsbeispiels sein können. Nachstehend werden nur die Art zum Berechnen des Solllenkwinkels θt und die Art zum Berechnen des Zusatzreibdrehmoments Tc erläutert.
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14 ist ein Flussdiagramm eines bevorzugten Beispiels einer Art zum Berechnen des Solllenkwinkels gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Die in 14 gezeigte Art zum Berechnen des Solllenkwinkels unterscheidet sich von der Art zum Berechnen des Solllenkwinkels gemäß dem in 6 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels darin, dass der Prozess des Schrittes 104 wegfällt. Mit anderen Worten, da in dem zweiten Ausführungsbeispiel der obere Grenzwert der Abweichung Δ ein vorbestimmter Fixwert ist, ist es nicht notwendig, den oberen Grenzwert der Abweichung Δ gemäß dem Reibdrehmoment Tt zu berechnen und folglich wird der vorbestimmte Fixwert wie er ist in den Schritten 106 bis 112 verwendet.
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15 ist ein Flussdiagramm eines Beispiels der Art zum Berechnen des Zusatzreibdrehmoments Tc gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In Schritt 200 wird der Verstärkungsfaktor K berechnet (oder eingestellt). Der Verstärkungsfaktor K wird unter Verwendung des Reibdrehmoments Tt, das wie oben erwähnt berechnet wurde, und des oberen Grenzwertes der Abweichung Δ (ein Fixwert) berechnet. K = Tt/Δ.
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In Schritt 202 wird das Zusatzreibdrehmoment Tc mit einer Formel Tc = K·Δθ, genauer gesagt mit Tc = K·(θt – θ) unter Verwendung des Lenkwinkels θ, des Solllenkwinkels θt und des in Schritt 200 eingestellten Verstärkungsfaktors K berechnet.
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Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel können im Wesentlichen die gleichen Effekte wie in dem ersten Ausführungsbeispiel erreicht werden. Jedoch kann in dem zweiten Ausführungsbeispiel leicht eine Vibration auftreten, wenn der Verstärkungsfaktor K zu groß ist. Daher ist es wünschenswert, den oberen Grenzwert Abweichung Δ geeignet zu bestimmen, um solch eine Vibration nicht zu erzeugen.
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Es ist festzuhalten, dass in den entsprechenden Ausführungsbeispielen die „Lenkreibdrehmomentsteuerungsvorrichtung” und die „Lenkreibdrehmomentsteuerungsvorrichtung” einstückig durch den Lenkgegenkraftsteuerungsabschnitt 82 realisiert sind.
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Die vorliegende Erfindung ist mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele offenbart. Jedoch sollte klar sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist und Variationen und Modifikationen gemacht werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Obwohl zum Beispiel in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der Be trag des Zusatzreibdrehmoments Tc in dem Bereich von –Δ ≦ Δθ ≦ Δ als ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel proportional mit der Zunahme des Absolutwerts von Δθ zunimmt, ist dies nicht essentiell. Beispielsweise kann der Betrag des Zusatzreibdrehmoments Tc im Bereich von –Δ ≦ Δθ ≦ Δ in nicht linearer Art bezüglich der Zunahme des Absolutwerts von Δθ zunehmen. Alternativ dazu kann der Betrag des Zusatzreibdrehmoments Tc im Bereich von –Δ ≦ Δθ ≦ Δ ungeachtet von Δθ ein konstanter Wert sein. In diesem Fall ist der konstante Wert geringer als das Reibdrehmoment Tt und kann dieser Null sein.
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Ferner ist im Vorangehenden die bevorzugte Einstellungsart des Solllenkwinkels θt beschrieben; jedoch kann der Solllenkwinkel θt auf andere Weisen eingestellt (oder berechnet) werden. Zum Beispiel können der vorherige Wert des Lenkwinkels θ, der Lenkwinkel θ vor der vorbestimmten Zeitdauer oder ein durch Mittelung von Werten des Lenkwinkels θ über die vorbestimmten vorangehenden Zeitdauern erhaltener Mittelwert als der Solllenkwinkel θt zu jeder vorbestimmten Zeitdauer eingestellt werden.
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Ferner kann, obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen das Reibdrehmoment Tt auf der Grundlange von zwei Parametern, nämlich auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit v und des Lenkwinkels θ als bevorzugtes Ausführungsbeispiel eingestellt wird, das Reibdrehmoment Tt auf der Grundlage eines dieser Parameter eingestellt werden. Ferner kann, obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen das durch einen Tiefpassfilterungsprozess erhaltene Zusatzreibdrehmoment Tcf als ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel verwendet wird, solch ein Tiefpassfilterungsprozess weggelassen werden. Ferner kann ein Mittelwert, der durch Mittelung von Werten des Zusatzreibdrehmoments Tcf über eine vorbestimmte Anzahl von Perioden erhalten wird, verwendet werden.
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Ferner ist, obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen das Reibdrehmoment dem Lenksystem mittels einer elektrischen Steuerung hinzugefügt wird und das Reibdrehmoment dem Lenksystem nicht zwangsläufig mittels eines mechanischen Mechanismus als bevorzugtes Ausführungsbeispiel hinzugefügt wird, ebenso eine Kombination mit einer Konfiguration möglich, in der das Reibdrehmoment dem Lenksystem mittels eines mechanischen Mechanismus hinzugefügt wird, solange ein Effekt des durch den mechanischen Mechanismus hinzugefügten Reibdrehmoments im Wesentlichen klein ist.