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QUERVERWEIS ZU VERWANDTER ANMELDUNG
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Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr.
2014-174384 , die am 28. August 2014 eingereicht wurde und deren Offenbarung durch Bezugnahme hierin einbezogen wird.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Lenksteuereinrichtung, die eine Lenkcharakteristik durch Ausgeben eines Unterstützungsmoments entsprechend einem auf eine Lenkwelle angewandten Lenkmoment mittels eines Motors steuert.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Als eine Art der elektrischen Lenksteuereinrichtungen war eine elektrische Lenksteuereinrichtung bekannt, die einen Sollwert eines Lenkmoments auf der Grundlage einer Summe eines Erfassungswerts des Lenkmoments und eines Erfassungswerts eines aus einem Motorstromwert erhaltenen Unterstützungsmoments ermittelt und einen Motor so ansteuert, dass eine Differenz zwischen dem Sollwert und dem Erfassungswert des Lenkmoments verringert wird, um dadurch das Unterstützungsmoment zu erzeugen (vgl. eine Patentliteratur 1).
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DRUCKSCHRIFTLICHER STAND DER TECHNIK
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PATENTLITERATUR
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- [Patentliteratur 1] JP 4161707 B2
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Üblicherweise ist dem Erfassungswert des Lenkmoments Rauschen überlagert. Daher beeinträchtigt dann, wenn der Sollwert des Lenkmoments auf der Grundlage des Erfassungswerts des Lenkmoments festgelegt wird, um den Motor zu steuern, das Rauschen nachteilig die Steuerung des Motors, welches zu einem Problem wie beispielsweise Vibrationen bzw. Schwingungen führt. Darüber hinaus ist, da der Erfassungswert des Lenkmoments aus einem Fahrerbetriebsablauf resultiert, die Steuerung auf der Grundlage des Erfassungswerts eine Folgesteuerung, und ist daher das Ansprechvermögen der Steuerung gering.
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In Anbetracht der vorangehenden Schwierigkeiten liegt der Erfindung als eine Aufgabe zugrunde, eine elektrische Lenksteuereinrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, die Robustheit eines Lenksystems gegenüber dem Rauschen und das Ansprechvermögen der Steuerung zu verbessern.
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In Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung steuert eine elektrische Lenksteuereinrichtung eine Lenkcharakteristik durch Ausgeben eines Unterstützungsmoments unter Verwendung eines Motors, und entspricht das Unterstützungsmoment einem Erfassungswert eines Lenkmoments, welches auf eine Lenkwelle angewandt wird. Die elektrische Lenksteuereinrichtung beinhaltet eine Lenksollwerterzeugungseinheit, die einen Sollwert des Lenkmoments auf der Grundlage einer aus dem Sollwert des Lenkmoments und dem Unterstützungsdrehmoment abgeschätzten Zustandsgröße erzeugt, eine Befehlswerterzeugungseinheit, die einen Befehlswert zum Steuern des Motors zum Verringern einer Abweichung zwischen dem Sollwert des Lenkmoments und dem Erfassungswert des Lenkmoments auf einen Wert niedriger als ein vorbestimmter Schwellenwert erzeugt, und eine Motoransteuereinheit, die den Motor auf der Grundlage des Befehlswerts ansteuert.
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In anderen Worten wird verglichen mit der bekannten Technik der für die nachfolgende Steuerung verwendete Sollwert des Lenkmoments durch die Verwendung des Sollwerts des Lenkmoments, dem kein Rauschen überlagert ist, anstelle des Erfassungswerts des Lenkmoments festgelegt.
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In Übereinstimmung mit der vorstehenden elektrischen Lenksteuereinrichtung können die Robustheit des Lenksystems gegenüber dem Rauschen und das Ansprechverhalten verbessert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorstehenden und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser entnehmbar. In den Zeichnungen zeigen:
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1 ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines elektrischen Servolenksystems darstellt;
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2 ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Steuerungsmechanismus einer elektronischen Steuereinheit bzw. ECU darstellt;
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3 ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration einer Basisunterstützungseinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel darstellt;
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4 ein beispielhaftes Diagramm einer Drehmomenttabelle zum Festlegen eines Solllenkmoments;
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5 ein Diagramm, das eine vereinfachte Konfiguration der Basisunterstützungseinheit darstellt;
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6 einen Graphen, der eine Unterstützungscharakteristik (Übertragungscharakteristik von einem Lenkmoment zu einem Basisunterstützungsbefehl) im Verhältnis zu einer Frequenz darstellt;
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7 einen Graphen, der die Übertragungscharakteristik von dem Lenkmoment zu dem Basisunterstützungsbefehl darstellt;
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8 einen Graphen, der eine Lenkmoment-Offenschleifencharakteristik (Nyquist-Diagramm) darstellt;
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9 ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration einer Basisunterstützungseinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt; und
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10 eine darstellende Ansicht eines Umwandlungskoeffizienten zum Umwandeln einer Straßenoberflächenreaktionskraft in eine Horizontalbeschleunigung.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Wie in 1 dargestellt, unterstützt ein elektrisches Servolenksystem 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Fahrerbedienung eines Lenkrads 2 mithilfe eines Motors 6. Das Lenkrad 2 ist an einem Ende einer Lenkwelle 3 befestigt, das andere Ende der Lenkwelle 3 ist mit einem Drehmomentsensor bzw. Momentsensor 4 verbunden, und das andere Ende des Momentsensors 4 ist mit einer Zwischenwelle 5 verbunden. In der nachfolgenden Beschreibung wird die gesamte Welle, die sich von der Lenkwelle 3 über den Momentsensor 4 zu der Zwischenwelle 5 erstreckt, kollektiv als ”Lenkwelle” bezeichnet.
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Der Momentsensor 4 ist ein Sensor zum Erfassen eines Lenkmoments Ts. Spezifischer beinhaltet der Momentsensor 4 einen Drehstab, der die Lenkwelle 3 mit der Zwischenwelle 5 koppelt, und erfasst ein Drehmoment bzw. Moment, das an den Drehstab angelegt wird, auf der Grundlage eines Verdreh- bzw. Torsionswinkels des Drehstabs.
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Der Motor 6 unterstützt eine Lenkkraft des Lenkrads 2, und eine Rotation des Motors 6 wird über einen Geschwindigkeitsreduktionsmechanismus 6a auf die Zwischenwelle 5 übertragen. In anderen Worten beinhaltet der Geschwindigkeitsreduktionsmechanismus 6a einen Schneckentrieb, der an einem distalen Ende einer Drehwelle des Motors 6 bereitgestellt ist, und ein Schneckenrad, das in der Zwischenwelle 5 koaxial in einem Zustand angeordnet ist, in dem es mit dem Schneckentrieb in Eingriff kommt. Mit der vorstehenden Konfiguration wird die Rotation des Motors 6 auf die Zwischenwelle 5 übertragen. Demgegenüber wird dann, wenn die Zwischenwelle 5 durch die Betätigung des Lenkrads 2 oder eine Reaktionskraft (Straßenoberflächenreaktionskraft) von einer Straßenoberfläche gedreht wird, die Drehung bzw. Rotation der Zwischenwelle 5 über den Geschwindigkeitsreduktionsmechanismus 6a an bzw. auf den Motor 6 übertragen, und wird der Motor 6 ebenfalls in Drehung versetzt.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Motor 6 ein bürstenloser Motor und beinhaltet intern einen Dreh- bzw. Rotationssensor wie beispielsweise einen Drehmelder, um einen Rotationszustand des Motors 6 auszugeben. Der Motor 6 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann zumindest eine Motordrehzahl ω (Information, die eine Drehwinkelgeschwindigkeit anzeigt, welche nachstehend als eine Drehzahl der Lenkwelle behandelt wird) als den Dreh- bzw. Rotationszustand aus dem Rotationssensor ausgibt.
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Ein Ende der Zwischenwelle 5 ist mit dem Momentsensor 4 verbunden, und das andere Ende der Zwischenwelle 5 ist mit einem Lenkgetriebekasten 7 auf der entgegengesetzten Seite verbunden. Der Lenkgetriebekasten 7 ist mittels eines Getriebemechanismus mit einem Zahnstangengetriebe konfiguriert, und Zähne der Zahnstange sind mit dem Ritzel, das an dem anderen Ende der Zwischenwelle 5 angeordnet ist, in Eingriff. Aus diesem Grund wird dann, wenn der Fahrer das Lenkrad 2 dreht, die Zwischenwelle 5 in Drehung versetzt (das heißt, das Ritzel wird in Drehung versetzt), um dadurch die Zahnstange horizontal zu bewegen.
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Jeweilige Spurstangen 8 sind an beiden Enden der Zahnstange angelenkt, und die Spurstangen 8 bewegen sich zusammen mit der Zahnstange hin und her. Infolge dessen schieben oder ziehen die Spurstangen 8 jeweilige Spurstangenhebel 9 an Spitzen der Spurstangen 8, um dadurch eine Orientierung jeweiliger Reifen 10 lenkender Räder zu ändern. Darüber hinaus ist ein vorbestimmter Abschnitt des Fahrzeugs mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 11 zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit V ausgerüstet.
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Mit der vorstehenden Konfiguration wird dann, wenn der Fahrer das Lenkrad 2 dreht (lenkt), die Drehung bzw. Rotation des Lenkrads 2 über die Lenkwelle 3, den Momentsensor 4 und die Zwischenwelle 5 auf den Lenkgetriebekasten 7 übertragen. Die Rotation der Zwischenwelle 5 wird in eine horizontale Bewegung der Spurstangen 8 innerhalb des Lenkgetriebekastens 7 umgewandelt, und sowohl der rechte als auch der linke Reifen 10 werden durch die Bewegung der Spurstangen 8 gelenkt.
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Eine elektronische Steuereinheit bzw. ECU 15 arbeitet mit einer elektrischen Leistung aus einer nicht gezeigten Fahrzeugbatterie und berechnet einen Unterstützungsmomentbefehl Ta auf der Grundlage eines durch den Momentsensor 4 erfassten Lenkmoments Ts, einer Motordrehzahl ω des Motors 6 und der Fahrzeuggeschwindigkeit V, die durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 11 erfasst wurde. Die ECU 15 legt eine einem berechneten Ergebnis entsprechende Antriebs- bzw. Ansteuerspannung Vd an den Motor 6 an. Mit dem Anlegen der Ansteuerspannung Vd an den Motor steuert die ECU 15 das Ausmaß bzw. der Betrag der Unterstützungskraft, um die Kraft des Fahrers zum Drehen des Lenkrads 2 (und ferner eine Kraft zum Lenken beider der Reifen 10) zu unterstützen.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beinhaltet, weil der Motor 6 ein bürstenloser Motor ist, die von der ECU 15 an den Motor 6 ausgegebene (gelieferte) Ansteuerspannung Vd drei Komponentenspannungen Vdu, Vdv und Vdw entsprechend drei Phasen (U, V, W) im Einzelnen. Wenn die Ansteuerspannungen Vdu, Vdv und Vdw entsprechend jeweiligen Phasen von der ECU 15 an den Motor 6 angelegt werden, wird das Dreh- bzw. Rotationsmoment des Motors 6 durch die angelegte Spannung gesteuert. Ein Verfahren zum Ansteuern (beispielsweise PWM-Ansteuern) des bürstenlosen Motors mit den Ansteuerspannungen dreier Phasen und eine Ansteuerschaltung (zum Beispiel ein Dreiphasen-Inverter) zum Erzeugen der Ansteuerspannungen dreier Phasen sind gut bekannt, so dass daher eine detaillierte Beschreibung weggelassen wird.
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Die ECU 15 steuert den Motor 6 durch direktes Steuern der an den Motor 6 anzulegenden Ansteuerspannung Vd. Mit der Steuerung des Motors 6 steuert die ECU 15 resultierend einen durch den Motor 6 angetriebenen Lenksystemmechanismus 100. Daher ist ein von der ECU 15 zu steuerndes Ziel der Lenksystemmechanismus 100. Der in 1 dargestellte Lenksystemmechanismus 100 zeigt einen Gesamtmechanismus mit Ausnahme der ECU 15 mit dem Systemkonfigurationsdiagramm. Das heißt, in 1 ist ein Gesamtmechanismus gezeigt, der sich von dem Lenkrad 2 zu den jeweiligen Reifen 10 erstreckt und die Lenkkraft des Lenkrads 2 überträgt.
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Eine schematische Konfiguration (Steuerungsmechanismus) der ECU 15 ist in einem Blockdiagramm von 2 dargestellt. In dem in 2 dargestellten Steuerungsmechanismus der ECU 15 sind die jeweiligen Einheiten mit Ausnahme einer Stromrückkopplungseinheit bzw. FB-Einheit 42 und eines Teils von Funktionen der Stromrückkopplungseinheit 42 in Wirklichkeit unter Verwendung einer (nicht gezeigten) zentralen Verarbeitungseinheit bzw. CPU, die in der ECU 15 bereitgestellt ist, und eines vorbestimmten, von der CPU ausgeführten Steuerprogramms realisiert.
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In anderen Worten sind verschiedene durch die CPU realisierte Funktionen in die jeweiligen Funktionsblöcke in 2 aufgeteilt. Als ein Beispiel ist der in diesen jeweiligen Diagrammen dargestellte Steuerungsmechanismus durch Software realisiert, und es erübrigt sich zu sagen, dass der gesamte oder ein Teil des in 2 dargestellten Steuerungsmechanismus durch Hardware wie beispielsweise eine Logikschaltung realisiert sein kann.
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Wie in 2 dargestellt, beinhaltet die ECU 15 eine Grund- bzw. Basisunterstützungseinheit 20, eine Momentkorrektureinheit 40, einen Addierer 41 und die Stromrückkopplungseinheit bzw. FB-Einheit 42.
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Die Basisunterstützungseinheit 20 ist ein Block, der auf der Grundlage des Lenkmoments Ts und der Fahrzeuggeschwindigkeit V die Unterstützungskraft zum Unterstützen der angewandten Lenkkraft zum Betätigen des Lenkrads durch den Fahrer bestimmt bzw. ermittelt. Die Basisunterstützungseinheit 20 weist eine Funktion des Einstellens eines an den Fahrer übertragenen Lenkempfindens (das Gewicht des Lenkrads, ein Zähigkeitsgefühl, eine Hysteresecharakteristik der Drehung oder Zurückdrehung des Lenkrads und so weiter) mit einer Karte bzw. Kennlinie bzw. Tabelle auf. Die Basisunterstützungseinheit 20 erzeugt den Unterstützungsmomentbefehl zum Realisieren des eingestellten Lenkgefühls an den Motor.
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Eine Momentkorrektureinheit 40 ist ein Block zum Korrigieren einer Fahrzeugsteuercharakteristik für die Lenkradbedienung des Fahrers und die Übertragung in das Lenkmechaniksystem in Übereinstimmung mit einem Fahrerwunsch (spezifisch, dass das Fahrzeug korrekt konvergiert ist bzw. sich korrekt nähert, die Fahrzeugdrehung weich erfolgt, und so weiter). Die Momentkorrektureinheit 40 erzeugt einen Korrekturmomentbefehl Th zum Unterdrücken (Konvergieren) des vorstehend erwähnten instabilen Verhaltens auf der Grundlage des Lenkmoments Ts, der Motordrehzahl ω und der Fahrzeuggeschwindigkeit V.
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Der Addierer 41 addiert einen in der Basisunterstützungseinheit 20 erzeugten Basisunterstützungsbefehl Tb* und einen in der Momentkorrektureinheit 40 erzeugten Korrekturmomentbefehl Th, um den Unterstützungsmomentbefehl Ta zu erzeugen.
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Die Stromrückkopplungseinheit 42 legt die Ansteuerspannung Vd an den Motor 6 an, so dass ein Unterstützungsmoment (Unterstützungslenkkraft) entsprechend dem Unterstützungsmomentbefehl Ta der Lenkwelle (insbesondere der Seite nahe an den Reifen 10 in Bezug auf den Momentsensor 4) zugeführt wird. Spezifisch wird ein Sollstrom (Sollstrom für jede Phase), der jeder Phase des Motors 6 zuzuführen ist, auf der Grundlage des Unterstützungsmomentbefehls Ta festgelegt. Der Versorgungsstrom Im jeder Phase wird erfasst und zurückgeführt, und die Ansteuerspannung Vd wird so gesteuert (der Versorgungsstrom Im wird gesteuert), dass ein Erfassungswert (Versorgungsstrom Im jeder Phase) des Versorgungsstroms Im gleich jedem Sollstrom wird, um dadurch ein gewünschtes Unterstützungsmoment für die Lenkwelle zu erzeugen.
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Weil die Momentkorrektureinheit
40 und die Stromrückkopplungseinheit
42 bekannte Techniken sind (vgl. beispielsweise die
JP 2013-52793 A ), wird ihre Beschreibung weggelassen, und wird nachstehend die in einem Hauptteil der vorliegenden Offenbarung bzw. Erfindung involvierte Basisunterstützungseinheit
20 im Einzelnen beschrieben.
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Wie in 3 dargestellt, beinhaltet die Basisunterstützungseinheit 20 eine Servosteuereinrichtung 21, eine Sollerzeugungseinheit 22 und einen Abweichungsberechner 23. In anderen Worten erzeugt die Basisunterstützungseinheit 20 den Basisunterstützungsbefehl Tb*, um das geeignete Lenkmoment Ts unter Berücksichtigung des (Rückkoppelns des) gegenwärtig ausgegebenen Basisunterstützungsbefehls Tb* zu erhalten. Die Sollerzeugungseinheit 22 erzeugt ein Solllenkmoment Ts* als einen Sollwert des Lenkmoments auf der Grundlage des Basisunterstützungsbefehls Tb* und einer Fortbewegungsgeschwindigkeit (Fahrzeuggeschwindigkeit V) des Subjektfahrzeugs. Der Abweichungsberechner 23 berechnet eine Momentabweichung (Ts – Ts*), die eine Differenz zwischen dem Lenkmoment Ts und dem Solllenkmoment Ts* ist. Die Servosteuereinrichtung 21 ist als eine bekannte PID-Steuereinrichtung mit einem Mischregler, einem Integrator und einem Differenzierer konfiguriert. Um eine stabile Unterstützungslenkkraft zu erzeugen, während ein durch die Servosteuereinrichtung 21 ausgegebener Zustand zurückgeführt wird, erzeugt die Servosteuereinrichtung 21 den Basisunterstützungsbefehl Tb*, der eine Unterstützungslenkkraft (Unterstützungsmoment oder Unterstützungsausmaß bzw. Unterstützungsgröße bzw. Unterstützungsbetrag) angibt, so, dass sich die Momentabweichung (Differenz zwischen dem Lenkmoment Ts und dem Solllenkmoment Ts*) auf nahezu null verringert. Hierin beinhaltet, dass die Momentabweichung, welche die Differenz zwischen dem Lenkmoment Ts und dem Solllenkmoment Ts* ist, auf nahezu null abnimmt, auch, dass die Momentabweichung auf kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert verringert wird. Die Sollerzeugungseinheit 22 entspricht einer Lenksollwerterzeugungseinheit, die Servosteuereinrichtung 21 und der Abweichungsberechner 23 entsprechen einer Befehlswerterzeugungseinheit, und die Stromrückkopplungseinheit 42 entspricht einer Motoransteuereinheit.
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In der vorstehenden Konfiguration beinhaltet die Sollerzeugungseinheit 22 einen Addierer 31, ein Tiefpassfilter (LPF) 32, einen Absolutwertgenerator (|u|) 33, einen Momentwandler 34, einen Vorzeichenbestimmer (sgn) 35 und einen Multiplizierer 36.
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Der Addierer 31 addiert den Basisunterstützungsbefehl Tb* und das Solllenkmoment Ts* zusammen, um eine Straßenoberflächenreaktionskraft zu erhalten. Das Tiefpassfilter 32 ist dazu festgelegt, ein Frequenzband höher als ein Betriebsfrequenzband (allgemein bis zu 10 Hz), das von dem Fahrer bedient wird, zu dämpfen bzw. abzuschwächen. Das Tiefpassfilter 32 hat zum Beispiel eine Funktion des Dämpfens bzw. Abschwächens einer Störung und von Rauschen einer Resonanzfrequenz (zum Beispiel etwa 14 Hz), die für eine Lenkeinrichtung (Lenksystemmechanismus 100) spezifisch ist.
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Der Absolutwertgenerator 33 empfängt die Straßenoberflächenreaktionskraft (Ts* + Tb*), die durch das Tiefpassfilter 32 gelangt, und gibt einen Absolutwert der Straßenoberflächenreaktionskraft aus.
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Der Momentwandler 34 gibt einen Absolutwert |Ts*| des Solllenkmoments entsprechend der Straßenoberflächenreaktionskraft in Übereinstimmung mit einer Momentkarte bzw. Momenttabelle bzw. Momentkennlinie, die eine Beziehung zwischen dem Absolutwert |Ts* + Tb*| der Straßenoberflächenreaktionskraft und dem Solllenkmoment Ts* angibt, aus. Der Vorzeichenbestimmer 35 extrahiert ein Vorzeichen der Straßenoberflächenreaktionskraft (Ts* + Tb*) aus einer Ausgabe des Tiefpassfilters 32. Der Multiplizierer 36 gibt ein durch Multiplizieren des Absolutwerts |Ts*| des von dem Momentwandler 34 ausgegebenen Solllenkmoments mit dem durch den Vorzeichenbestimmer 35 extrahierten Vorzeichen erhaltenes Ergebnis als das Solllenkmoment Ts* aus.
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In der vorstehenden Konfiguration ist, wie in 4 dargestellt, die in dem Momentwandler 34 verwendete Momenttabelle dazu festgelegt, den Absolutwert |Ts*| des Solllenkmoments in Übereinstimmung mit einer Zunahme in dem Absolutwert |Ts* + Tb*| der Straßenoberflächenreaktionskraft monoton zu erhöhen. Insbesondere ist eine Zunahme in dem Absolutwert |Ts*| des Solllenkmoments dazu festgelegt, in einer Region größer zu sein, in der der Absolutwert |Ts* + Tb*| der Straßenoberflächenreaktionskraft kleiner ist, und ist die Zunahme in dem Absolutwert |Ts*| des Solllenkmoments dazu festgelegt, in einer Region kleiner zu sein, in der der Absolutwert |Ts* + Tb*| der Straßenoberflächenreaktionskraft größer ist.
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4 stellt eine einzelne Charakteristik bzw. Kennlinie dar. In tatsächlicher Verwendung sind in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit V definierte, unterschiedliche Charakteristiken bzw. Kennlinien erstellt, und sind die Charakteristiken bzw. Kennlinien dazu festgelegt, eine Tendenz dazu zu haben, dass der Absolutwert |Ts*| des ausgegebenen Solllenkmoments in Übereinstimmung mit einer Zunahme in der Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt.
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In der vorstehenden Konfiguration ist, um zum Verständnis der Charakteristik der Basisunterstützungseinheit 20 beizutragen, in 5 eine vereinfachte Konfiguration der in 3 dargestellten Basisunterstützungseinheit 20 gezeigt. In anderen Worten sind in 5 das Filter (LPF 32) in der Sollerzeugungseinheit 22 und der Mischregler bzw. Proportionierer und der Differenzierer in der Servosteuereinrichtung 21 weggelassen. Ein Symbol Ki gibt eine Integrationskonstante des die Servosteuereinrichtung 21 konfigurierenden Integrators an.
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In der vorstehenden Konfiguration werden die folgenden Ausdrücke [1] bis [3] erfüllt. Ein Symbol p gibt einen Arbeitspunktgradienten in einer Umwandlungstabelle an (vgl. 4).
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Aus den Ausdrücken [1] und [2]: Tb* = Ki / s+k·KiTs [3]
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Hierin ist p = k/(1 – k).
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Aus dem vorstehenden Ausdruck [3] ergibt sich, dass die Basisunterstützungseinheit 20 die Charakteristik bzw. Kennlinie eines Tiefpassfilters erster Ordnung hat.
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In Übereinstimmung mit der vorstehend beschriebenen Basisunterstützungseinheit 20 ist in 6 die Übertragung von dem Lenkmoment Ts an den Basisunterstützungsbefehl Tb* dargestellt. Das heißt, die Übertragung hat eine Charakteristik dahingehend, dass eine Verstärkung bzw. ein Gewinn innerhalb eines niedrigen Frequenzbands mit einer Zunahme der Unterstützung ansteigt. Die Übertragung hat eine Charakteristik dahingehend, dass sich eine Verstärkung bzw. ein Gewinn innerhalb eines hohen Frequenzbands auch dann nicht ändert, obwohl in einem Frequenzbereich höher als ein Knickpunkt ((k·Ki)/2π) die Unterstützung zunimmt und die Verstärkung abnimmt. Wie in 6 dargestellt, verringert sich das Band mit zunehmender Unterstützung.
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In anderen Worten wird festgestellt, dass die Verstärkung der Servosteuereinrichtung (Integrator mit einer Eigenschaft, dass eine Verstärkung mit einer Abnahme der Frequenz zunimmt) durch Zurückführen bzw. Rückkoppelns des Basisunterstützungsbefehls Tb* begrenzt wird, und dass der Grenzwert (obere Grenze) in Übereinstimmung mit einer Zunahme in dem Arbeitspunktgradienten p (= k/(1 – k)) verringert wird. Hierin entspricht die Zunahme in dem Arbeitspunktgradienten einer Zunahme in der Solllenkmomentverstärkung k. Wenn der Proportionierer und der Differenzierer bereitgestellt sind, wird die Verstärkung auch in der hohen Frequenz erzeugt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird jedoch die Verstärkung durch Begrenzen der Rückkopplungsinformation auf die niedrige Frequenz nur innerhalb des niedrigen Frequenzbands erhöht oder verringert.
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In der tatsächlichen Sollerzeugungseinheit 22 hat eine Niedrigfrequenzkomponente der Straßenoberflächenreaktionskraft Ts* + Tb*, die das LPF 32 durchläuft, eine durch den Momentwandler 34 festgelegte Charakteristik.
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Ergebnisse, die durch Analysieren der Charakteristik durch die Basisunterstützungseinheit 20 unter Verwendung eines den Lenksystemmechanismus imitierenden bzw. abbildenden Modells erhalten wurden, sind in 7 und 8 dargestellt. Hierin wird die Solllenkmomentverstärkung k von etwa 0.05 auf etwa 4 geändert. 7 ist ein Graph, der die Verstärkungscharakteristik des Lenkmoments und des Unterstützungsmoments darstellt, und 8 ist ein Nyquist-Diagramm, das eine Offenschleifencharakteristik des Lenkmoments darstellt.
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Da die Charakteristik der Rückkopplung vorstehend bereits beschrieben wurde, nimmt in 7 dann, wenn eine Grenzfrequenz des Tiefpassfilters 32 auf 10 Hz festgelegt ist, die Verstärkung mit einer Abnahme der Solllenkmomentverstärkung k in dem Frequenzband unterhalb von etwa 10 Hz dramatisch zu, und ändert sich die Verstärkung in dem Frequenzband oberhalb von etwa 10 Hz nahezu nicht.
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Darüber hinaus wird in der Stabilität des Systems, da ein kritischer Punkt (Koordinaten (–1, 0)) auch dann vermieden wird, wenn das Unterstützungsausmaß wir in dem Nyquist-Diagramm in 8 dargestellt erhöht wird, festgestellt, dass ein Geschlossenkreissystem stabil ist. Hierin erfasst das Geschlossenkreissystem das Lenkmoment des Steuerziels, um das Unterstützungsmoment für den Motor durch die Basisunterstützungseinheit 20 und die Stromrückkopplungseinheit 42 zu erzeugen. In anderen Worten wird in dem elektrischen Servolenksystem 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nur die Charakteristik des Niedrigfrequenzbands, in welchem das Lenkgefühl einzustellen ist, geändert, ohne die Charakteristik des Frequenzbands höher als die Resonanzfrequenz des Lenksystems zu ändern, welches zur Stabilität beiträgt, auch wenn das Unterstützungsausmaß bzw. die Unterstützungsgröße erhöht oder verringert wird. Mit dieser Konfiguration kann der Fahrer das Lenkgefühl frei einstellen, ohne die Stabilität des Steuerungssystems zu berücksichtigen, wenn er das Lenkgefühl einstellt.
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Wie vorstehend beschrieben wurde, wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Straßenoberflächenreaktionskraft (Ts* + Tb*) in Übereinstimmung mit einem erwarteten Wert (Solllenkmoment) Ts* des Lenkmoments und einem Befehlswert (Basisunterstützungsbefehl) Tb* des Unterstützungsmoments erhalten, und wird das der Servosteuereinrichtung 21 folgende Solllenkmoment Ts* mit der Verwendung der Straßenoberflächenreaktionskraft erzeugt. In anderen Worten kann, weil das Lenkmoment Ts und der Versorgungsstrom Im, auf welchen wahrscheinlich das Rauschen überlagert wird, bei der Erzeugung des Solllenkmoments Ts nicht verwendet werden, das Solllenkmoment Ts* darin beschränkt werden, durch das Rauschen beeinträchtigt zu werden, und kann die Erzeugung unnötiger Vibrationen bzw. Schwingungen aufgrund der das Solllenkmoment Ts* verwendenden Steuerung eingeschränkt werden. In anderen Worten kann in Übereinstimmung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Robustheit gegenüber Rauschen in dem Lenksystem verbessert werden.
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Darüber hinaus kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, weil das Solllenkmoment Ts*, das als der erwartete Wert des Lenkmoments betrachtet wird, bei dem Erhalten der Straßenoberflächenreaktionskraft verwendet wird, das Ansprechvermögen der Steuerung im Vergleich zu einem Fall des Verwendens des Lenkmoments, das das durch die Fahrerbedienung bewirkte Ergebnis anzeigt, verbessert werden.
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Ferner wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das in der Steuerung der Servosteuereinrichtung 21 verwendete Solllenkmoment Ts* in Übereinstimmung mit der Straßenoberflächenreaktionskraft, die ein fundamentaler Faktor zum Ermitteln des Gewichts der Lenkung ist, erhalten. Aus diesem Grund kann der Fahrer dann, wenn er die Lenkungscharakteristik einstellt, eine Adaptation bzw. Anpassung unter Verwendung einer Anzeige, die zeigt, welche Art von Lenkmomentcharakteristik für die Straßenoberflächenreaktionskraft (Straßenoberflächenlast) erwartungsweise zu realisieren ist, durchführen. Daher ist die Anzeige intuitiv und für den Fahrer leicht verständlich.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird, was die bei der Erzeugung des Solllenkmoments Ts* verwendete Straßenoberflächenreaktionskraft anbelangt, die Verstärkungscharakteristik der Frequenz höher als das von dem Fahrer bediente Betriebsfrequenzband (allgemein bis zu 10 Hz) unter Verwendung des LPF 32 bedämpft. Daher kann das Rauschen des Hochfrequenzbands entfernt werden, ohne das Lenkgefühl nachteilig zu beeinflussen.
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In Übereinstimmung mit der elektrischen Lenksteuereinrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann die Schwingung des Steuerungssystems, welche erzeugt wird, wenn die Steuerung des Motors durch in dem Sensor enthaltenes Rauschen beeinflusst bzw. beeinträchtigt wird, unterdrückt werden. Insbesondere wird kein Rauschen auf das Unterstützungsmoment überlagert, das eines der zum Abschätzen einer Zustandsgröße (zum Beispiel der Straßenoberflächenreaktionskraft) verwendeten Signale ist, wenn der Befehlswert des Unterstützungsmoments verwendet wird. Daher kann verglichen mit einem Fall, in welchem das aus dem erfassten Momentstrom erhaltene Unterstützungsmoment verwendet wird, die nachteilige bzw. beeinträchtigende Wirkung des Rauschens weiter unterdrückt werden. Darüber hinaus ist, da der Sollwert des Lenkmoments nicht das durch die Fahrerbedienung bewirkte Ergebnis sondern der erwartete Wert bzw. Erwartungswert ist, die Steuerung auf der Grundlage des Sollwerts des Lenkmoments eine proaktive Steuerung, und kann das Ansprechvermögen der Steuerung verbessert werden.
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Darüber hinaus kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zusätzlich zu der Straßenoberflächenreaktionskraft die in der Erzeugung des Sollwerts des Lenkmoments verwendete Zustandsgröße in eine physikalische Größe, wie beispielsweise eine Längs- bzw. Horizontalbeschleunigung des Fahrzeugs oder eine Gierrate des Fahrzeugs, umgewandelt werden. Weil diese Zustandsgrößen durch den Fahrer intuitiv erfühlbar sein können, kann das Lenkgefühl (das heißt, die Umwandlungscharakteristik aus der Zustandsgröße in den Sollwert des Lenkmoments) intuitiv durch den Fahrer eingestellt werden.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Eine grundlegende Konfiguration eines zweiten Ausführungsbeispiels ist ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass daher gemeinsame Konfigurationen aus der Beschreibung weggelassen und hauptsächlich Unterschiede beschrieben werden.
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In dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel verwendet der Momentwandler 34 die Straßenoberflächenreaktionskraft Ts* + Tb* bei dem Erhalten des Solllenkmoments Ts*. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass eine Längs- bzw. Horizontalbeschleunigung, welche aus der Straßenoberflächenreaktionskraft Ts* + Tb* erhalten wird, bei dem Erhalten des Solllenkmoments Ts* verwendet wird.
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Das vorliegende Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur in der Konfiguration der Basisunterstützungseinheit, insbesondere der teilweisen Konfiguration der Sollerzeugungseinheit.
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In einer Basisunterstützungseinheit 20a gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in 9 gezeigt, unterscheidet sich eine Sollerzeugungseinheit 22a von der in 3 dargestellten Sollerzeugungseinheit 22 darin, dass ein Momentwandler 34a anstelle des Momentwandlers 34 bereitgestellt ist, und eine Horizontalbeschleunigungs (Horizontal-G)-Abschätzeinheit 37 zwischen einen Absolutwertgenerator 33 und den Momentwandler 34a eingefügt ist. Die Sollerzeugungseinheit 22a entspricht einer Lenksollwerterzeugungseinheit.
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Die Horizontal-G-Abschätzeinheit 37 ermittelt eine Horizontalbeschleunigung Ay, die an ein Fahrzeug angelegt wird, durch Multiplizieren einer Ausgabe des Absolutwertgenerators 33 mit einem vorbestimmten Umwandlungskoeffizienten Ktrns. Zum Beispiel ist der Umwandlungskoeffizient Ktrns basierend auf einer Neigung eines Graphen definiert, welcher durch Annähern eines Messergebnisses M unter Verwendung einer linearen Funktion (gerader linearer Graph) erhalten wird, wie in 10 dargestellt. Hierin wird das Messergebnis M durch Messen der Straßenoberflächenreaktionskraft Ts* + Tb* und der Horizontalbeschleunigung Ay in einem Fahrtest erhalten.
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Der Momentwandler 34a ermittelt einen Absolutwert |Ts*| eines Solllenkmoments in Übereinstimmung mit einem Absolutwert |Ay| der Horizontalbeschleunigung unter Verwendung einer Momenttabelle, in welcher eine Beziehung zwischen einer Straßenoberflächenreaktionskraft und einem Lenkmoment, dargestellt in 10, in eine Beziehung zwischen der Horizontalbeschleunigung und dem Lenkmoment konvertiert wird.
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In Übereinstimmung mit dem vorstehend im Einzelnen beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel können zusätzlich zu den Vorteilen des vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel folgenden Vorteile erhalten werden.
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In Übereinstimmung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können das Lenkmoment und ein Lenkgefühl auf der Grundlage der Horizontalbeschleunigung des Fahrzeugs, welche von dem Fahrer während eines Lenkvorgangs direkt wahrgenommen wird, anstelle der Straßenoberflächenreaktionskraft eingestellt werden.
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(Andere Ausführungsbeispiele)
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Die Ausführungsbeispiele der Erfindung wurden vorstehend beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann wie folgt verschiedentlich modifiziert werden.
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In den vorstehenden Ausführungsbeispielen ist das LPF 32 zwischen dem Addierer 31 und dem Momentwandler 34 angeordnet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehende Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel kann das LPF 32 so zu dem Addierer 31 angeordnet sein, dass es auf das Solllenkmoment Ts* und das Basisunterstützungsmoment Tb* wirkt, welche zu addieren sind.
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Jedes der vorangehenden Ausführungsbeispiele beinhaltet die Momentkorrektureinheit 40. Alternativ kann die Momentkorrektureinheit 40 weggelassen sein.
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In den vorstehenden Ausführungsbeispielen wird dann, wenn die Straßenoberflächenreaktionskraft ermittelt wird, der Basisunterstützungsbefehl Tb* verwendet. Alternativ kann das aus dem Versorgungsstrom Im erhaltene Unterstützungsmoment dazu verwendet werden, die Straßenoberflächenreaktionskraft zu ermitteln.
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In dem vorstehenden zweiten Ausführungsbeispiel wird die Horizontalbeschleunigung in Übereinstimmung mit der Oberflächenreaktionskraft erhalten, jedoch ist die Erfindung nicht auf die vorstehende Konfiguration beschränkt, sondern es können andere physikalische Größen, die aus dem Lenkmoment und dem Unterstützungsmoment abgeleitet werden können, angewandt werden. Zum Beispiel kann eine Gierrate anstelle der Horizontalbeschleunigung verwendet werden.
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Die Erfindung kann in verschiedenen Formen realisiert werden, wie beispielsweise ein System, welches die elektrische Lenksteuereinrichtung als eine Komponente aufweist, ein Programm zum Betreiben eines Computers als die Basisunterstützungseinheit der elektrischen Lenksteuereinrichtung, ein Medium, welches das Programm aufzeichnet, oder ein Verfahren des Erzeugens des Unterstützungsmoments, zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen elektrischen Lenksteuereinrichtung.
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Während die Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele derselben beschrieben wurde, versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele und Konstruktionen beschränkt ist. Die Erfindung soll verschiedenartige Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken. Darüber hinaus liegen außer den bevorzugten verschiedenartigen Kombinationen und Konfigurationen andere Kombinationen und Konfigurationen mit mehr, weniger oder nur einem einzelnen Element ebenfalls innerhalb des Rahmens und des Schutzbereichs der Erfindung.
