DE112020003779T5

DE112020003779T5 - Elektrische servolenkungsvorrichtung, steuervorrichtung für eine elektrische servolenkungsvorrichtung und steuerverfahren

Info

Publication number: DE112020003779T5
Application number: DE112020003779.7T
Authority: DE
Inventors: Shuji Endo; Hiroyuki Ishimura; Hiroki Morita
Original assignee: Nidec Corp; Nidec Elesys Corp
Current assignee: Nidec Corp; Nidec Elesys Corp
Priority date: 2019-08-09
Filing date: 2020-08-06
Publication date: 2022-06-30
Also published as: CN114245782B; CN114245782A; WO2021029330A1; US20220289274A1; JPWO2021029330A1

Abstract

Es wird eine Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkungsvorrichtung bereitgestellt, die ein Reibungsgefühl in einem mittigen Bereich bietet und ein natürliches Lenkgefühl realisieren kann. Gemäß einem Programm führt ein Prozessor aus: Erfassen eines Lenkdrehmoments, einer Fahrzeuggeschwindigkeit, eines Lenkwinkels und einer Motordrehzahl, Erzeugen eines Basisunterstützungsdrehmoments auf der Grundlage des Lenkdrehmoments und der Fahrzeuggeschwindigkeit, Erzeugen eines Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoments auf der Grundlage des Lenkdrehmoments, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Motordrehzahl und des Basisunterstützungsdrehmoments, Erzeugen eines aktiven Rückstelldrehmoments auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkwinkels, Erzeugen eines Motorverlustdrehmomentkompensationsdrehmoments auf der Grundlage der Motordrehzahl, und Erzeugen eines Drehmomentbefehlswertes, der verwendet werden soll zur Steuerung des Antriebs des Motors, auf der Grundlage des Basisunterstützungsdrehmoments, des Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoments, des aktiven Rückstelldrehmoments und des Motorverlustdrehmomentkompensationsdrehmoments.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine elektrische Servolenkungsvorrichtung, eine in der elektrischen Servolenkungsvorrichtung verwendete Steuervorrichtung und ein Steuerungsverfahren.
HINTERGRUNDTECHNIK
Ein allgemeines Automobil ist mit einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung (EPS) ausgestattet, die einen Elektromotor (im Folgenden einfach als „Motor“ bezeichnet) aufweist. Die elektrische Servolenkungsvorrichtung ist eine Vorrichtung, die die Lenkradbedienung des Fahrers durch den Antrieb des Motors unterstützt. Es wurde eine Technik zur Kompensation des Lenkgefühls in einem mittigen Bereich durch eine Rückstellsteuerung eines Lenkrads in Übereinstimmung mit einem Lenkwinkel vorgeschlagen. Der mittige Bereich ist hauptsächlich ein Lenkbereich, in dem das Lenkrad bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs nicht wesentlich gedreht wird. Im Folgenden wird die Rückstellsteuerung des Lenkrads als „aktive Rückstellung“ bezeichnet. Die Patentdokumente 1 und 2 offenbaren Techniken zur Kompensation einer gewünschten Lenkeigenschaft in einem Mittenbereich, indem ein Pseudo-Selbstausrichtungsdrehmoment (SAT) durch eine aktive Rückstellung aufgebracht wird.
LITERATURSTELLENLISTE
PATENTLITERATUR

Patentdokument 1: JP 2002 - 369 565 A
Patentdokument 2: WO 2004 / 026 665 A

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
TECHNISCHE AUFGABE
Es besteht ein Bedarf nach einer Verbesserung des Lenkgefühls in dem mittigen Bereich.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen eine Steuervorrichtung und ein Steuerungsverfahren für eine elektrische Servolenkungsvorrichtung bereit, die ein Reibungsgefühl in einem mittigen Bereich bieten und ein natürliches Lenkgefühl realisieren können.
LÖSUNG DER AUFGABE
In einer nicht einschränkenden illustrativen Ausführungsform ist eine Steuervorrichtung der vorliegenden Offenbarung eine Steuervorrichtung, die in einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung, die einen Motor und ein Verzögerungsgetriebe aufweist, verwendet wird und so konfiguriert ist, dass sie den Antrieb des Motors steuert. Die Steuervorrichtung weist auf: einen Prozessor, und einen Speicher, der ein Programm zur Steuerung eines Betriebs des Prozessors speichert. Gemäß dem Programm führt der Prozessor aus: Erfassen eines Lenkdrehmoments, das von einem Lenkdrehmomentsensor detektiert wird, einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor detektiert wird, eines Lenkwinkels, der von einem Lenkwinkelsensor detektiert wird, und einer Motordrehzahl, Erzeugen eines Basisunterstützungsdrehmoments auf der Grundlage des Lenkdrehmoments und der Fahrzeuggeschwindigkeit, Erzeugen eines Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoments auf der Grundlage des Lenkdrehmoments, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Motordrehzahl und des Basisunterstützungsdrehmoments, Erzeugen eines aktiven Rückstelldrehmoments auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkwinkels, Erzeugen eines Motorverlustdrehmomentkompensationsdrehmoments auf der Grundlage der Motordrehzahl, und Erzeugen eines Drehmomentbefehlswertes, der zur Steuerung des Antriebs des Motors verwendet werden soll, auf der Grundlage des Basisunterstützungsdrehmoments, des Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoments, des aktiven Rückstelldrehmoments und des Motorverlustdrehmomentkompensationsdrehmoments.
In einer nicht einschränkenden illustrativen Ausführungsform ist ein Steuerungsverfahren der vorliegenden Offenbarung ein Steuerungsverfahren, das in einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung verwendet wird, die einen Motor und ein Verzögerungsgetriebe aufweist und so konfiguriert ist, dass sie den Antrieb des Motors steuert. Das Steuerungsverfahren weist auf: Erfassen eines Lenkdrehmoments, das von einem Lenkdrehmomentsensor detektiert wird, einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor detektiert wird, eines Lenkwinkels, der von einem Lenkwinkelsensor detektiert wird, und einer Motordrehzahl, Erzeugen eines Basisunterstützungsdrehmoments auf der Grundlage des Lenkdrehmoments und der Fahrzeuggeschwindigkeit, Erzeugen eines Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoments auf der Grundlage des Lenkdrehmoments, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Motordrehzahl und des Basisunterstützungsdrehmoments, Erzeugen eines aktiven Rückstelldrehmoments auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkwinkels, Erzeugen eines Motorverlustdrehmomentkompensationsdrehmoments auf der Grundlage der Motordrehzahl, und Erzeugen eines Drehmomentbefehlswertes, der zur Steuerung des Antriebs des Motors auf der Grundlage des Basisunterstützungsdrehmoments, des Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoments, des aktiven Rückstelldrehmoments und des Motorverlustdrehmomentkompensationsdrehmoments verwendet wird.
VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß den veranschaulichenden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden eine neuartige Steuervorrichtung und ein neuartiges Steuerungsverfahren für eine elektrische Servolenkungsvorrichtung bereitgestellt, die ein Reibungsgefühl in einem mittigen Bereich bieten und ein natürliches Lenkgefühl realisieren können.
Figurenliste

1 zeigt schematisch ein Konfigurationsbeispiel einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung 1000 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Steuervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
3 ist ein funktionelles Blockdiagramm, das auf der Basis von Funktionsblöcken die Funktionen eines Prozessors 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
4 ist ein funktionales Blockdiagramm zur Beschreibung der Funktionen einer SAT-Kompensationseinheit 220.
5 ist ein funktionales Blockdiagramm zur Beschreibung der Funktionen eines SAT-Schätzers 221 in der SAT-Kompensationseinheit 220.
6 ist ein funktionales Blockdiagramm zur Beschreibung der Funktionen einer aktiven Rückstelleinheit 230.
7 ist ein funktionales Blockdiagramm zur Beschreibung der Funktionen einer Verlustdrehmomentkompensationseinheit 240.
8 ist ein Graph, der die Motordrehmomentcharakteristik zur Beschreibung der Motorverlustdrehmomentkompensation darstellt.
9 ist ein Graph, der die Wellenformen der Lenkeigenschaften als Simulationsergebnisse darstellt.
10 ist ein Graph, der die Lenkeigenschaften einer allgemeinen elektrischen Servolenkungsvorrichtung, insbesondere in einem mittigen Bereich, darstellt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wenn ein Fahrzeug geradeaus fährt, muss der Fahrer das Lenkrad nicht wesentlich einschlagen. In einem Zustand, in dem sich die Lenkung in einem mittigen Bereich befindet, verschwindet ein Reibungsgefühl zwischen dem Fahrzeug und einer Straßenoberfläche, so dass es für den Fahrer schwierig ist, eine Geradeausfahrt zu erkennen. Zum Beispiel kann es zu Problemen mit der Lenkstabilität kommen, wie beispielsweise ein Schlingern des Fahrzeugs nur durch leichtes Drehen des Lenkrads.
Daher kann der Fahrer den mittigen Bereich erkennen, indem angemessen das Reibungsgefühl zwischen dem Fahrzeug und der Fahrbahnoberfläche erzeugt wird.
Wie oben beschrieben, wird in der verwandten Technik eine gewünschte Lenkeigenschaft im mittigen Bereich durch Aufbringen eines Pseudo-Selbstausrichtungsdrehmoments durch aktive Rückstellung kompensiert. Nur bei der aktiven Rückstellung verschwindet jedoch ein entsprechendes Reibungsgefühl in einem Zustand, in dem das Lenkrad nahe der Mitte positioniert ist (im Folgenden als Lenkradmitte bezeichnet). Vielmehr wird dem Fahrer ein künstliches Gefühl vermittelt, das den Eindruck verstärkt, von einer Vorrichtung gesteuert zu werden.
10 zeigt die Lenkeigenschaften einer allgemeinen elektrischen Servolenkungsvorrichtung, insbesondere im mittigen Bereich. Die horizontale Achse stellt einen Lenkwinkel (Grad) und die vertikale Achse ein Lenkdrehmoment (N·m) dar. Ein Bereich des Lenkwinkels, in dem das Lenkdrehmoment kleiner ist als ein Reibungsdrehmoment, wird allgemein als tote Zone oder Hysteresebreite bezeichnet, und eine Neigung, bei der das Lenkdrehmoment ansteigt, wird als Aufbau bezeichnet. Mit zunehmender Verstärkung der Selbstausrichtungsdrehmomentkompensation, die später beschrieben wird, wird eine Kurvenneigung steil, so dass eine Lenkcharakteristik entsteht, bei der das Lenkdrehmoment stark ansteigt. Infolgedessen wird der Aufbau steiler und die tote Zone wird schmaler.
Ein Lenkgefühl im mittigen Bereich hängt vom Ort der Kurve der Lenkungskennlinie ab und steht in engem Zusammenhang mit dem Grad des Anstiegs des Lenkdrehmoments, wenn das Lenkrad von der Lenkradmitte aus gedreht wird, d. h. mit dem Aufbau. Generell kann man sagen, dass das Lenkgefühl dann gegeben ist, wenn das Lenkdrehmoment gemäß dem Lenkwinkel stark ansteigt. Je schmaler die tote Zone ist, desto leichter empfindet der Fahrer ein Geradeausfahrverhalten des Fahrzeugs. Es ist wünschenswert, die Lenkeigenschaften so zu gestalten, dass die Hysteresebreite klein ist, das Reibungsgefühl angemessen ist und der Drehmomentaufbau eine lineare Charakteristik in Bezug auf den Lenkwinkel aufweist. Nach Untersuchungen des Erfinders ist es wünschenswert, dass der Drehmomentaufbau etwa 0,2 N·m/Grad, die Hysteresebreite etwa ±3 Grad und das Reibungsgefühl 1,3 N·m oder weniger als numerische Soll-Werte beträgt.
Basierend auf den oben genannten Erkenntnissen hat der Erfinder herausgefunden, dass ein natürliches Lenkgefühl erreicht werden kann, indem die drei Funktionen der Selbstausrichtungsdrehmomentkompensation, der aktiven Rückstellung und der Motorverlust-Drehmomentkompensation in geeigneter Weise genutzt werden, und hat die vorliegende Erfindung realisiert.
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen werden im Folgenden eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren für eine elektrische Servolenkungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sowie eine elektrische Servolenkungsvorrichtung, die die Steuervorrichtung aufweist, im Einzelnen beschrieben. In einigen Fällen wird jedoch eine spezifische Beschreibung weggelassen, die mehr als notwendig ist. Beispielsweise können detaillierte Beschreibungen bekannter Sachverhalte und doppelte Beschreibungen im Wesentlichen gleicher Ausgestaltungen weggelassen werden. Dies geschieht aus dem Grund, dass die folgende Beschreibung nicht mehr als nötig redundant ist und dem Fachmann das Verständnis erleichtert.
Die folgenden Ausführungsformen dienen der Veranschaulichung, und die Steuervorrichtung und das Steuerungsverfahren für eine elektrische Servolenkungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt. Zum Beispiel sind die Zahlenwerte, die Schritte, die Reihenfolge der Schritte und dergleichen, die in den folgenden Ausführungsformen dargestellt sind, nur illustrativ, und verschiedene Änderungen können vorgenommen werden, sofern keine technischen Unstimmigkeiten auftreten. Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen sind beispielhaft, und verschiedene Kombinationen sind möglich, sofern keine technischen Unstimmigkeiten auftreten.
[1. Konfiguration der elektrischen Servolenkungsvorrichtung 1000]
1 ist eine Darstellung, das schematisch ein Konfigurationsbeispiel einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung 1000 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
Die elektrische Servolenkungsvorrichtung 1000 (im Folgenden als „EPS“ bezeichnet) weist ein Lenksystem 520 und einen Unterstützungsdrehmomentmechanismus 540, der ein Unterstützungsdrehmoment erzeugt, auf. Die EPS 1000 erzeugt das Unterstützungsdrehmoment zur Unterstützung des Lenkdrehmoments des Lenksystems, das erzeugt wird, wenn ein Fahrer ein Lenkrad betätigt. Das Unterstützungsdrehmoment verringert die Belastung des Fahrers bei der Bedienung.
Das Lenksystem 520 weist beispielsweise ein Lenkrad 521, eine Lenkwelle 522, Kreuzgelenke 523A und 523B, eine Drehwelle 524, einen Zahnstangenmechanismus 525, eine Zahnstangenwelle 526, ein linkes und ein rechtes Kugelgelenk 552A und 552B, Spurstangen 527A und 527B, Achsschenkel 528A und 528B sowie ein linkes und rechtes gelenktes Rad 529A und 529B auf.
Der Unterstützungsdrehmomentmechanismus 540 weist beispielsweise einen Lenkdrehmomentsensor 541, einen Lenkwinkelsensor 542, eine elektronische Steuereinheit (ECU) 100 für Kraftfahrzeuge, einen Motor 543, ein Verzögerungsgetriebe 544, einen Wechselrichter 545 und einen Torsionsstab 546 auf. Der Lenkdrehmomentsensor 541 erfasst ein Lenkdrehmoment im Lenksystem 520, indem er den Betrag der Torsion des Torsionsstabs 546 erfasst. Der Lenkwinkelsensor 542 erfasst einen Lenkwinkel des Lenkrads.
Die ECU 100 erzeugt ein Motoransteuerungssignal auf der Grundlage der Detektionssignale, die vom Lenkdrehmomentsensor 541, dem Lenkwinkelsensor 542, einem am Fahrzeug montierten Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (nicht dargestellt) oder ähnlichem erfasst werden, und gibt das Motorantriebssignal an den Wechselrichter 545 aus. Der Wechselrichter 545 wandelt beispielsweise Gleichstromleistung in Dreiphasen-Wechselstromleistung mit Pseudo-Sinuswellen der Phasen A, B und C in Übereinstimmung mit dem Motoransteuerungssignal um und liefert die Leistung an den Motor 543. Der Motor 543 ist beispielsweise ein Oberflächen-Dauermagnet-Synchronmotor (SPMSM) oder ein geschalteter Reluktanzmotor (SRM) und wird mit der dreiphasigen Wechselstromleistung versorgt, um ein dem Lenkdrehmoment entsprechendes Unterstützungsdrehmoment zu erzeugen. Der Motor 543 überträgt das erzeugte Unterstützungsdrehmoment über das Verzögerungsgetriebe 544 an das Lenksystem 520. Nachfolgend wird die ECU 100 als Steuervorrichtung 100 für die EPS bezeichnet.
[2. Beispielhafte Konfiguration der Steuervorrichtung 100]
2 ist ein Blockdiagramm, das ein typisches Beispiel für eine Konfiguration der Steuervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Steuervorrichtung 100 weist beispielsweise eine Leistungsversorgungsschaltung 111, einen Winkelsensor 112, eine Eingangsschaltung 113, eine Kommunikationsschnittstelle 114, eine Ansteuerungsschaltung 115, einen ROM 116 und einen Prozessor 200 auf. Die Steuervorrichtung 100 kann als Leiterplatte (PCB) ausgeführt sein, an der diese elektronischen Komponenten implementiert sind.
Ein am Fahrzeug montierter Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 300, der Lenkdrehmomentsensor 541 und der Lenkwinkelsensor 542 sind elektrisch mit dem Prozessor 200 verbunden. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 300, der Lenkdrehmomentsensor 541 und der Lenkwinkelsensor 542 übertragen in jeweils zugeordneter Weise eine Fahrzeuggeschwindigkeit v, ein Lenkdrehmoment T_tor und einen Lenkwinkel θ an den Prozessor 200.
Die Steuervorrichtung 100 ist elektrisch mit dem Wechselrichter 545 verbunden. Die Steuervorrichtung 100 steuert die Schaltvorgänge einer Mehrzahl von Schaltelementen (z. B. MOSFETs), die in dem Wechselrichter 545 enthalten sind. Insbesondere erzeugt die Steuervorrichtung 100 Steuersignale (im Folgenden als „Gate-Steuersignale“ bezeichnet) zur Steuerung der Schaltvorgänge der jeweiligen Schaltelemente und gibt die Gate-Steuersignale an den Wechselrichter 545 aus.
Die Steuervorrichtung 100 erzeugt einen Drehmomentbefehlswert auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit v, des Lenkdrehmoments T_tor und eines Lenkwinkels θ usw. und steuert ein Drehmoment und eine Drehzahl des Motors 543, beispielsweise durch eine Vektorsteuerung/-regelung. Die Steuervorrichtung 100 kann nicht nur die Vektorsteuerung/-regelung, sondern auch andere Regelungen durchführen. Die Drehzahl wird durch die Anzahl der Umdrehungen (U/min) ausgedrückt, mit denen sich ein Rotor pro Zeiteinheit (z. B. eine Minute) dreht, oder durch die Anzahl der Umdrehungen (rps), mit denen sich der Rotor pro Zeiteinheit (z. B. eine Sekunde) dreht. Die Vektorsteuerung ist ein Verfahren, bei dem der durch den Motor fließende Strom in eine Stromkomponente, die zur Erzeugung eines Drehmoments beiträgt, und eine Stromkomponente, die zur Erzeugung eines magnetischen Flusses beiträgt, aufgeteilt wird, und die zueinander orthogonalen Stromkomponenten unabhängig voneinander gesteuert werden.
Die Leistungsversorgungsschaltung 111 ist an eine externe Leistungsversorgung angeschlossen (nicht abgebildet) und erzeugt eine Gleichspannung (z. B. 3 V oder 5 V), die für jeden Block in der Schaltung benötigt wird.
Der Winkelsensor 112 ist z. B. ein Resolver oder ein Hall-IC. Alternativ wird der Winkelsensor 112 auch durch eine Kombination aus einem MR-Sensor mit einem magnetoresistiven (MR) Element und einem Sensormagneten realisiert. Der Winkelsensor 112 erfasst den Drehwinkel des Rotors und gibt den Drehwinkel des Rotors an den Prozessor 200 aus. Die Steuervorrichtung 100 kann anstelle des Winkelsensors 112 auch einen Drehzahlsensor und einen Beschleunigungssensor zur Detektion der Drehzahl und Beschleunigung des Motors enthalten.
Die Eingangsschaltung 113 empfängt einen Motorstromwert (im Folgenden als „Ist-Stromwert“ bezeichnet), der von einem Stromsensor (nicht abgebildet) erfasst wird, wandelt einen Pegel des Ist-Stromwerts nach Bedarf in einen Eingangspegel für den Prozessor 200 um und gibt den Ist-Stromwert an den Prozessor 200 aus. Ein typisches Beispiel für die Eingangsschaltung 113 ist eine Analog-Digital-Wandlerschaltung.
Der Prozessor 200 ist eine integrierte Halbleiterschaltung und wird auch als zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) oder Mikroprozessor bezeichnet. Der Prozessor 200 führt sequentiell ein Computerprogramm aus, das im ROM 116 gespeichert ist und einen Befehlssatz zur Steuerung des Motorantriebs beschreibt, und führt die gewünschte Verarbeitung durch. Der Prozessor 200 wird allgemein als ein Begriff interpretiert, der ein Field Programmable Gate Array (FPGA), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder ein anwendungsspezifisches Standardprodukt (ASSP) mit einer CPU aufweist. Der Prozessor 200 stellt einen Soll-Stromwert in Übereinstimmung mit z. B. dem Ist-Stromwert und dem Drehwinkel des Rotors ein, um ein PWM-Signal zu erzeugen, und gibt das PWM-Signal an die Ansteuerungsschaltung 115 aus.
Bei der Kommunikationsschnittstelle 114 handelt es sich um eine Ein-/Ausgabeschnittstelle, die so konfiguriert ist, dass sie beispielsweise Daten in Übereinstimmung mit einem fahrzeuginternen Control Area Network (CAN) sendet und empfängt.
Die Ansteuerungsschaltung 115 ist typischerweise ein Gate-Treiber (oder ein Vor-Treiber). Die Ansteuerungsschaltung 115 erzeugt ein Gate-Steuersignal in Übereinstimmung mit dem PWM-Signal und gibt das Gate-Steuersignal an die Gates der mehreren Schaltelemente im Wechselrichter 545 weiter. Es gibt einen Fall, in dem ein Gate-Treiber nicht unbedingt erforderlich ist, wenn es sich bei dem Antriebsziel um einen Motor handelt, der mit einer niedrigen Spannung betrieben werden kann. In diesem Fall kann der Prozessor 200 die Funktion des Gate-Treibers übernehmen.
Der ROM 116 ist elektrisch mit dem Prozessor 200 verbunden. Der ROM 116 ist beispielsweise ein beschreibbarer Speicher (z. B. ein PROM), ein wiederbeschreibbarer Speicher (z. B. ein Flash-Speicher oder ein EEPROM) oder ein Nur-Lese-Speicher. Im ROM 116 ist ein Steuerprogramm gespeichert, das einen Befehlssatz aufweist, mit dem der Prozessor 200 den Motorantrieb steuert. Das Steuerprogramm wird z. B. beim Hochfahren vorübergehend in einen RAM (nicht abgebildet) erweitert.
3 ist ein funktionales Blockdiagramm, das die im Prozessor 200 implementierten Funktionen in funktionalen Blockeinheiten darstellt. In der vorliegenden Beschreibung weist der Prozessor 200 eine Basisunterstützungssteuereinheit 210, eine SAT-Kompensationseinheit 220, eine aktive Rückstelleinheit 230, eine Verlustdrehmomentkompensationseinheit 240, einen Stabilisierungskompensator 250, eine Stromsteuerungsberechnungseinheit 260, drei Addierer 271, 272 und 273 sowie eine Motorsteuerungseinheit 280 auf. Typischerweise werden die Prozesse (oder Aufgaben) der Funktionsblöcke, die mit den jeweiligen Einheiten korrespondieren, im Computerprogramm auf Softwaremodulbasis beschrieben und im ROM 116 gespeichert. Wird jedoch ein FPGA oder ähnliches verwendet, können alle oder einige der Funktionsblöcke als Hardwarebeschleuniger implementiert werden.
In einem Fall, in dem jeder Funktionsblock als Software (oder Firmware) in der Steuervorrichtung 100 implementiert ist, kann eine Vorrichtung, die die Software ausführt, der Prozessor 200 sein. In einem Aspekt weist die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung den Prozessor und einen Speicher, der ein Programm speichert, das den Betrieb des Prozessors steuert, auf. Der Prozessor führt die folgende Verarbeitung in Übereinstimmung mit dem Programm aus.

(1) Ein vom Lenkdrehmomentsensor detektiertes Lenkdrehmoment, eine vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor detektierte Fahrzeuggeschwindigkeit, ein vom Lenkwinkelsensor detektierter Lenkwinkel und eine Motordrehzahl werden erfasst.
(2) Auf der Grundlage des Lenkdrehmoments und der Fahrzeuggeschwindigkeit wird ein Basisunterstützungsdrehmoment erzeugt.
(3) Auf der Grundlage des Lenkdrehmoments, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Motordrehzahl und des Basisunterstützungsdrehmoments wird ein Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoment erzeugt.
(4) Basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Lenkwinkel wird ein aktives Rückstelldrehmoment erzeugt.
(5) Auf der Grundlage der Motordrehzahl wird ein Motorverlustdrehmomentkompensationsdrehmoment erzeugt.
(6) Ein Drehmomentbefehlswert, der zur Steuerung des Motorantriebs verwendet wird, wird auf der Grundlage des Basisunterstützungsdrehmoments, des Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoments, des aktiven Rückstelldrehmoments und des Motorverlustdrehmomentkompensationsdrehmoments erzeugt.
(7) Ein Soll-Stromwert wird auf der Grundlage des Drehmomentbefehlswerts erzeugt, und der Antrieb des Motors wird auf der Grundlage des Strombefehlswerts gesteuert.

In einem Fall, in dem jeder Funktionsblock als Software und/oder Hardware in der Steuervorrichtung 100 implementiert ist, weist eine Steuervorrichtung der vorliegenden Offenbarung in einem anderen Aspekt auf: eine Basisunterstützungssteuereinheit, die ein Basisunterstützungsdrehmoment auf der Grundlage eines Lenkdrehmoments und einer Fahrzeuggeschwindigkeit erzeugt, eine SAT-Kompensationseinheit, die ein Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoment auf der Grundlage des Lenkdrehmoments, der Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Motordrehzahl und des Basisunterstützungsdrehmoments erzeugt, eine aktive Rückstelleinheit, die ein aktives Rückstelldrehmoment auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und eines Lenkwinkels erzeugt, eine Verlustdrehmomentkompensationseinheit, die ein Motorverlustdrehmomentkompensationsdrehmoment auf der Grundlage der Motordrehzahl erzeugt, eine Stromsteuerungsberechnungseinheit, die einen Strombefehlswert in Übereinstimmung mit einem Drehmomentbefehlswert erzeugt, der auf der Grundlage des Basisunterstützungsdrehmoments, des Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoments, des aktiven Rückstelldrehmoments und des Motorverlustdrehmomentkompensationsdrehmoments erzeugt wird, und eine Motorsteuerungseinheit, die den Antrieb des Motors auf der Grundlage des Strombefehlswertes steuert.
Der Prozessor 200 erfasst als Eingaben das vom Lenkdrehmomentsensor 541 erfasste Lenkdrehmoment T_tor, die vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor detektierte Fahrzeuggeschwindigkeit v, den vom Lenkwinkelsensor detektierten Lenkwinkel θ und eine Motordrehzahl ω. Wenn die Steuervorrichtung 100 beispielsweise einen Geschwindigkeitssensor aufweist, der eine Drehzahl des Motors erfasst, kann der Prozessor 200 die Motordrehzahl ω erfassen, indem er die erfasste Drehzahl vom Geschwindigkeitssensor erfasst. In einem Fall, in dem die Steuervorrichtung 100 einen Winkelsensor aufweist, der einen Drehwinkel (genauer gesagt einen mechanischen Winkel) des Rotors erfasst, kann der Prozessor 200 die Drehzahl ω erfassen, indem er den erfassten Drehwinkel des Rotors vom Winkelsensor erfasst und eine auf dem Drehwinkel des Rotors basierende Winkelgeschwindigkeit berechnet.
Die Basisunterstützungssteuereinheit 210 erfasst das Lenkdrehmoment T_tor und die Fahrzeuggeschwindigkeit v als Eingaben und erzeugt ein Basisunterstützungsdrehmoment T_BASE auf der Grundlage der Signale und gibt dieses aus. Ein typisches Beispiel für die Basisunterstützungssteuereinheit 210 ist eine Tabelle (sog. Lookup-Tabelle/Wertetabelle), die eine Korrespondenz zwischen dem Lenkdrehmoment T_tor, der Fahrzeuggeschwindigkeit v und dem Basisunterstützungsdrehmoment T_BASE definiert. Die Basisunterstützungssteuereinheit 210 bestimmt das Basisunterstützungsdrehmoment T_BASE auf der Grundlage des Lenkdrehmoments T_tor und der Fahrzeuggeschwindigkeit v.
4 illustriert Funktionsblöcke zur Beschreibung der Funktionen der SAT-Kompensationseinheit 220. 5 zeigt Funktionsblöcke zur Beschreibung der Funktionen des SAT-Schätzers 221 in der SAT-Kompensationseinheit 220. Die SAT-Kompensationseinheit 220 erfasst das Lenkdrehmoment T_tor, die Fahrzeuggeschwindigkeit v, die Motordrehzahl ω und das Basisunterstützungsdrehmoment T_BASE als Eingaben und erzeugt das Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoment T_SAT auf der Grundlage dieser Signale und gibt dieses aus.
Die SAT-Kompensationseinheit 220 kompensiert eine statische Verstärkung eines Selbstausrichtungsdrehmoments. Dadurch ist es möglich, eine Breite einer toten Zone und einen Aufbau in einem mittigen Bereich zu verbessern und gleichzeitig ein Reibungsgefühl zu erhalten.
Das Selbstausrichtungsdrehmoment wird aus dem Gleichgewicht der statischen Kräfte um die Lenkradwelle zwischen dem Basisunterstützungsdrehmoment T_BASE und dem Lenkdrehmoment T_tor geschätzt. Daher weist das geschätzte Selbstausrichtungsdrehmoment nicht nur das Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoment T_SAT, sondern auch die Reibung im Schätzungsergebnis, auf. Daher wendet die SAT-Kompensationseinheit 220 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Reibungsmodell auf die SAT-Kompensation an, um den Einfluss der Reibung auf das Schätzergebnis zu verringern.
Die SAT-Kompensationseinheit 220 weist den SAT-Schätzer 221, eine SAT-Verstärkungskorrektureinheit 222 und einen Filter 223 auf. Der SAT-Schätzer 221 erfasst das Lenkdrehmoment T_tor, das Basisunterstützungsdrehmoment T_BASE und die Motordrehzahl ω als Eingaben und schätzt das Selbstausrichtungsdrehmoment auf der Grundlage dieser Signale. Der SAT-Schätzer 221 weist ein Reibungsmodell 224, Verstärkungen (oder Steuerverstärkungen) 225 und 226 sowie einen Addierer 227 auf. Der SAT-Schätzer 221 bezieht sich auf eine Tabelle, die eine Korrespondenz zwischen dem Reibungsdrehmoment und der Motordrehzahl definiert, und bestimmt das Lenkdrehmoment T_tor auf der Grundlage der Motordrehzahl ω.
Das Reibungsmodell 224 wird z. B. auf der Grundlage eines Coulomb-Reibungsmodells bestimmt. Ein Reibungsdrehmoment Tfric wird auf der Grundlage der Motordrehzahl ω unter Verwendung des Reibungsmodells 224 berechnet. Die Verstärkung 225 ist ein Übersetzungsverhältnis gc des Verzögerungsgetriebes 544, und die Verstärkung 226 ist eine Reibungsverstärkung. Der Addierer 227 berechnet einen geschätzten Wert des Selbstausrichtungsdrehmoments basierend auf der folgenden Formel 1. Der Term Tfric auf der rechten Seite der Formel 1 beinhaltet die Reibungsverstärkung. Wenn der Term Tfric von der rechten Seite der Formel 1 abgezogen wird, wird der Einfluss der Reibung auf das Schätzergebnis reduziert. $T_{SAT} = T_{tor} + g_{c} * T_{BASE} - T_{fric}$
Ein typisches Beispiel für die SAT-Verstärkungskorrektureinheit 222 ist eine Referenztabelle, die eine Korrespondenz zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit v und einer Verstärkung g_s definiert. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Verstärkung g_s relativ zu dem geschätzten Wert des Selbstausrichtungsdrehmoments gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit v geändert. Die SAT-Verstärkungskorrektureinheit 222 bezieht sich auf eine Tabelle, die eine Korrespondenz zwischen der Verstärkung und der Fahrzeuggeschwindigkeit relativ zu dem geschätzten Wert des Selbstausrichtungsdrehmoments definiert, und bestimmt die Verstärkung g_s relativ zu dem geschätzten Wert des Selbstausrichtungsdrehmoments auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit v. Die SAT-Verstärkungskorrektureinheit 222 multipliziert ferner das geschätzte Selbstausrichtungsdrehmoment mit der Verstärkung g_s, um das Selbstausrichtungsdrehmoment in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit v zu korrigieren, wodurch das korrigierte Selbstausrichtungsdrehmoment erzeugt wird.
Der Filter 223 wendet beispielsweise eine Kompensation der Phasenverzögerung erster Ordnung auf das geschätzte Selbstausrichtungsdrehmoment an, um das Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoment T_SAT zu erzeugen. Ein Beispiel für den Filter 223 ist ein digitaler Filter erster Ordnung mit unendlicher Impulsantwort (IIR). Wenn die Motordrehzahl ω nahe Null liegt, kann es zu einem Flattern des Selbstausrichtungsdrehmoments kommen, das das Schätzergebnis des SAT-Schätzers 221 ist. Wenn die Kompensation der Phasenverzögerung erster Ordnung durch den Filter 223 angewendet wird, kann das Flattern angemessen unterdrückt werden.
Wie oben beschrieben, kann die SAT-Kompensationseinheit 220 die Stärke der SAT-Kompensation ändern, indem sie jede Steuerverstärkung einstellt. Anzumerken ist, dass die Lenkung in der Nähe der Lenkradmitte schwer wird, da ein Pseudo-Selbstausrichtungsdrehmoment wahrscheinlich übermäßig erhöht wird, wenn die Steuerverstärkung übermäßig erhöht wird.
In 6 sind Funktionsblöcke zur Beschreibung der Funktionen der aktiven Rückstelleinheit 230 dargestellt. Die aktive Rückstelleinheit 230 erfasst die Fahrzeuggeschwindigkeit v und den Lenkwinkel θ als Eingaben und erzeugt daraus ein aktives Rückstelldrehmoment T_AR. Die aktive Rückstelleinheit 230 weist eine Rückstelldrehmomentberechnungseinheit 231, eine Fahrzeuggeschwindigkeitsverstärkungskorrektureinheit 232, einen Multiplizierer 233 und einen Phasenkompensator 234 auf. Die Rückstelldrehmomentberechnungseinheit 231 ist eine Tabelle, die eine Korrespondenz zwischen dem Lenkwinkel und dem aktiven Rückstelldrehmoment (Rückstelldrehmoment) definiert, und die Rückstelldrehmomentberechnungseinheit 231 bestimmt das aktive Rückstelldrehmoment in Übereinstimmung mit dem Lenkwinkel. Die Fahrzeuggeschwindigkeitsverstärkungskorrektureinheit 232 ist eine Tabelle, die eine Korrespondenz zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Verstärkung g_a relativ zum aktiven Rückstelldrehmoment definiert. Die Fahrzeuggeschwindigkeitsverstärkungskorrektureinheit 232 bestimmt die Verstärkung g_a gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit v. Der Multiplizierer 233 multipliziert das von der aktiven Rückstelleinheit 230 bestimmte aktive Rückstelldrehmoment und die von der Fahrzeuggeschwindigkeitsverstärkungskorrektureinheit 232 bestimmte Verstärkung g_a. Der Phasenkompensator 234 erzeugt das aktive Rückstelldrehmoment T_AR, indem er eine Phasenverzögerungskompensation oder eine Phasenvorlaufkompensation auf ein Ergebnis der Multiplikation mit dem Multiplizierer 233 anwendet.
Die aktive Rückstelleinheit 230 kann den Aufbau verbessern, indem sie das Pseudo-Selbstausrichtungsdrehmoment gemäß dem Lenkwinkel aufbringt. Anzumerken ist, dass wahrscheinlich ein künstliches Lenkgefühl erzeugt wird, da die Rückstellung (aktive Rückstellung) des Lenkrads zu stark wird, wenn die Steuerverstärkung übermäßig erhöht wird, was der SAT-Kompensation ähnlich ist.
7 zeigt Funktionsblöcke zur Beschreibung der Funktionen der Verlustdrehmomentkompensationseinheit 240. 8 zeigt die Motordrehmomentcharakteristik zur Beschreibung der Motorverlustdrehmomentkompensation. Die Verlustdrehmomentkompensationseinheit 240 erzeugt ein Motorverlustdrehmomentkompensationsdrehmoment T_ML auf der Grundlage der Motordrehzahl ω. Die Verlustdrehmomentkompensationseinheit 240 bezieht sich auf eine Tabelle, die eine Korrespondenz zwischen einem Motorverlustdrehmoment und der Motordrehzahl definiert, bestimmt das Motorverlustdrehmoment basierend auf der Motordrehzahl ω und wendet eine Phasenverzögerungskompensation erster Ordnung auf das bestimmte Motorverlustdrehmoment an, wodurch das Motorverlustdrehmomentkompensationsdrehmoment T_ML erzeugt wird.
Die Verlustdrehmomentkompensationseinheit 240 weist eine Verlustdrehmomentberechnungseinheit 241 und einen Filter 242 auf. Hier wird die Kompensation des Motorverlustdrehmoments unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Die horizontale Achse stellt einen Motorstrom (A) dar, und die vertikale Achse ein Motordrehmoment (N·m). Die gestrichelte Linie in der Zeichnung zeigt die Kennlinie des Motordrehmoments in Bezug auf den Motorstrom an, wenn die Verlustdrehmomentkompensation nicht angewendet wird. Eine durchgezogene Linie in der Zeichnung zeigt die Kennlinie des Motordrehmoments in Bezug auf den Motorstrom für den Fall, dass die Verlustdrehmomentkompensation angewendet wird. Es gibt beispielsweise einen Motorstrombereich WA, in dem aufgrund der Anziehungskraft eines im Rotor angeordneten Permanentmagneten kein Drehmoment erzeugt wird, selbst wenn der Strom durch den Motor fließt. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Verlustdrehmomentkompensation eingesetzt, um einen Drehmomentverlust im Motorstrombereich W_A zu kompensieren. Genauer gesagt bestimmt die Verlustdrehmomentberechnungseinheit 241 ein Verlustdrehmomentkompensationsdrehmoment zur Durchführung der Verlustdrehmomentkompensation in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl ω. Die Verlustdrehmomentberechnungseinheit 241 ist eine Tabelle, die eine Korrespondenz zwischen der Motordrehzahl und dem Drehmoment zur Durchführung der Verlustdrehmomentkompensation definiert. Die Tabelle wird z. B. auf der Grundlage eines Coulomb-Reibungsmodells bestimmt.
Der Filter 242 erzeugt das Verlustdrehmomentkompensationsdrehmoment T_ML durch Anwendung der Phasenverzögerungskompensation erster Ordnung auf das bestimmte Verlustdrehmomentkompensationsdrehmoment des Motors. Ein Beispiel für den Filter 242 ist ein digitaler IIR-Filter erster Ordnung, ähnlich wie der Filter 223. Wenn ein allgemeiner Tiefpassfilter als Filter 242 verwendet wird, wird eine Hochfrequenzkomponente, die im Verlustdrehmomentkompensationsdrehmoment T_ML enthalten ist, entfernt, aber es kann eine Phasenverzögerung auftreten, und infolgedessen ist es wahrscheinlich, dass eine Verzögerung bei der Leistungsunterstützung der EPS auftritt. Andererseits, wenn der IIR-Filter erster Ordnung als Filter 242 verwendet wird, kann das Flattern eines Verlustdrehmomentkompensationsdrehmomentsignals, das von der Verlustdrehmomentberechnungseinheit 241 ausgegeben wird, unterdrückt werden, und die normale Leistungsunterstützung kann durchgeführt werden, während die Phasenverzögerung vermieden wird.
Die Verlustdrehmomentberechnungseinheit 241 kann das Ansprechverhalten auf einen kleinen Drehmomentbefehl verbessern, indem sie das Motorverlustdrehmoment kompensiert. Infolgedessen wird das Reibungsgefühl der Lenkung in der Lenkradmitte verbessert.
Es wird erneut auf 3 verwiesen.
Der Addierer 271 addiert das von der SAT-Kompensationseinheit 220 ausgegebene Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoment T_SAT zum Basisunterstützungsdrehmoment T_BASE, das von der Basisunterstützungssteuereinheit 210 ausgegeben wird.
Ein Drehmomentbefehlswert Tref wird auf der Grundlage des Basisunterstützungsdrehmoments T_BASE, des Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoment T_SAT, des aktiven Rückstelldrehmoments T_AR und des Motorverlustdrehmomentkompensationsdrehmoments T_ML erzeugt. Der Stabilisierungskompensator 250 wendet beispielsweise eine Phasenverzögerungskompensation oder eine Phasenvorlaufkompensation auf einen Additionswert an, der durch den Addierer 271 erhalten wird, um ein Stabilisierungskompensationsdrehmoment zu erzeugen. Der Addierer 272 addiert das von der aktiven Rückstelleinheit 230 ausgegebene aktive Rückstelldrehmoment T_AR zum Stabilisierungskompensationsdrehmoment, das vom Stabilisierungskompensator 250 ausgegeben wird. Der Addierer 273 addiert das von der Verlustdrehmomentkompensationseinheit 240 ausgegebene Verlustdrehmomentkompensationsdrehmoment T_ML zu einem von dem Addierer 272 erhaltenen Additionswert, wodurch der Drehmomentbefehlswert Tref erzeugt wird, der zur Steuerung des Motorantriebs verwendet wird. Der Stabilisierungskompensator 250 kann die Ausgabe des Addierers 272 oder/und die Ausgabe des Addierers 273 empfangen, wie bei der Ausgabe des Addierers 271.
Die Stromsteuerungsberechnungseinheit 260 erzeugt einen Strombefehlswert Iref auf der Grundlage des Drehmomentbefehlswerts Tref. Die Motorsteuerungseinheit 280 stellt auf der Grundlage des Strombefehlswerts Iref einen Strombefehlswert durch Vektorsteuerung ein, um z.B. ein PWM-Signal zu erzeugen, und gibt das PWM-Signal an die Ansteuerungsschaltung 115 aus.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann ein natürliches Lenkgefühl erreicht werden, indem die drei Funktionen der SAT-Kompensation, der aktiven Rückstellung und der Motorverlust-Drehmomentkompensation so eingesetzt werden, dass sie sich gegenseitig ergänzen. Insbesondere kann das natürliche Lenkgefühl realisiert werden durch Erzeugen, bis zu einem gewissen Grad, einer Lenkcharakteristik, mit der das natürliche Lenkgefühl in dem mittigen Bereich durch die SAT-Kompensation erreicht werden kann, und durch feines Einstellen der Lenkcharakteristik in eine Richtung, in der die Hysteresebreite durch die aktive Rückstellung abnimmt. Weiterhin wird durch die Verlustdrehmomentkompensation das Ansprechverhalten auf kleinste Drehmomentvorgaben verbessert, wodurch ein natürlicheres Lenkgefühl realisiert werden kann.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat die Gültigkeit der Steuervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch Simulation überprüft. Als Simulationsbedingungen wurde die Fahrzeuggeschwindigkeit v auf 60 km/h und die Lenkfrequenz auf 0,25 Hz eingestellt. 9 zeigt Diagramme der Lenkeigenschaften als Simulationsergebnisse. Die horizontale Achse stellt den Lenkwinkel dar und die vertikale Achse stellt das Lenkdrehmoment dar. Eine Wellenform, die durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet ist, zeigt eine Lenkcharakteristik in einem Fall, in dem die SAT-Kompensation nicht angewendet wurde, und eine Wellenform, die durch eine durchgezogene Linie gekennzeichnet ist, zeigt eine Lenkcharakteristik in einem Fall, in dem die SAT-Kompensation angewendet wurde.
Aus den Simulationsergebnissen geht hervor, dass die Hysteresebreite des Lenkwinkels durch die Anwendung der SAT-Kompensation verbessert wird. Insbesondere betrug die Hysteresebreite in dem Fall, in dem die SAT-Kompensation nicht angewandt wurde, 16 Grad, und die Hysteresebreite in dem Fall, in dem die SAT-Kompensation angewandt wurde, betrug 10 Grad. In einem solchen Lenkwinkelbereich ist es typischerweise schwierig, die Mittelstellung des Lenkrads anhand der Lenkdrehmomentinformationen zu erkennen, und das Fahrzeug wird wahrscheinlich abweichen. Daher ist die Hysteresebreite des Lenkwinkels vorzugsweise schmal. Der Bereich, in dem es schwierig ist, die Lenkradmittelstellung zu erkennen, ist ein Restlenkradwinkel, bei dem das Lenkrad nicht durch das Selbstausrichtungsdrehmoment in die Lenkradmittelstellung zurückkehrt, und der Fahrer muss das Lenkrad absichtlich zurückstellen. Daher wird das Unterstützungsdrehmoment für die Unterstützung in Richtung der Rückstellung des Lenkrads durch die SAT-Kompensation und die aktive Rückstellung erzeugt, um den Restlenkradwinkel in der vorliegenden Ausführungsform zu reduzieren.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können auf eine Steuervorrichtung zur Steuerung einer in einem Fahrzeug eingebauten elektrischen Servolenkungsvorrichtung anwendbar sein.
Bezugszeichenliste

200: Prozessor
210: Basisunterstützungssteuereinheit
220: SAT-Kompensationseinheit
221: SAT-Schätzer
222: SAT-Verstärkungskorrektureinheit
223: Filter
224: Reibungsmodell
225, 226: Verstärkung
227: Addierer
230: aktive Rückstelleinheit
231: Rückstelldrehmomentberechnungseinheit
232: Fahrzeuggeschwindigkeitsverstärkungskorrektureinheit
233: Multiplizierer
234: Phasenkompensator
240: Verlustdrehmomentkompensationseinheit
241: Verlustdrehmomentberechnungseinheit
242: Filter
250: Stabilisierungskompensator
260: Stromsteuerungsberechnungseinheit
271, 272, 273: Addierer
280: Motorsteuerungseinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2002 [0002]
JP 369565 A [0002]

Claims

Steuervorrichtung, die in einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung verwendet wird, die einen Motor und ein Verzögerungsgetriebe aufweist und so konfiguriert ist, dass sie den Antrieb des Motors steuert, wobei die Steuervorrichtung aufweist: einen Prozessor und einen Speicher, der ein Programm zur Steuerung eines Betriebs des Prozessors speichert, wobei der Prozessor gemäß dem Programm ausführt: Erfassen eines von einem Lenkdrehmomentsensor detektierten Lenkdrehmoments, einer von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor detektierten Fahrzeuggeschwindigkeit, eines von einem Lenkwinkelsensor detektierten Lenkwinkels und einer Motordrehzahl, Erzeugen eines Basisunterstützungsdrehmoments auf der Grundlage des Lenkdrehmoments und der Fahrzeuggeschwindigkeit, Erzeugen eines Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoments auf der Grundlage des Lenkdrehmoments, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Motordrehzahl und des Basisunterstützungsdrehmoments, Erzeugen eines aktiven Rückstelldrehmoments basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Lenkwinkel, Erzeugen eines Motorverlustdrehmomentkompensationsdrehmoments auf der Grundlage der Motordrehzahl, und Erzeugen eines Drehmomentbefehlswertes, der verwendet werden soll zur Steuerung des Motorantriebs, auf der Grundlage des Basisunterstützungsdrehmoments, des Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoments, des aktiven Rückstelldrehmoments und des Motorverlustdrehmomentkompensationsdrehmoments.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Prozessor ferner ausführt: Erzeugen eines Stabilisierungskompensationsdrehmoments unter Verwendung eines Stabilisierungskompensators auf der Grundlage des Basisunterstützungsdrehmoments und des Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoments, und Erzeugen des Drehmomentbefehlswerts auf der Grundlage des aktiven Rückstelldrehmoments, des Motorverlustdrehmomentkompensationsdrehmoments und des Stabilisierungskompensationsdrehmoments.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Erzeugen des Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoments das Schätzen eines Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoments T_SAT auf der Grundlage der folgenden Formel aufweist: $T_{SAT} = T_{tor} + g_{c} * T_{BASE} - T_{fric},$
wobei T_tor das Lenkdrehmoment darstellt, g_c ein Übersetzungsverhältnis des Verzögerungsgetriebes darstellt, T_BASE das Basisunterstützungsdrehmoment darstellt und Tfric das Reibungsdrehmoment darstellt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Prozessor sich auf eine Tabelle bezieht, die eine Korrespondenz zwischen dem Reibungsdrehmoment und der Motordrehzahl definiert, und das Reibungsdrehmoment auf der Grundlage der Motordrehzahl bestimmt.
Steuereinrichtung nach Anspruch 4, wobei der Prozessor auf eine Tabelle verweist, die eine Korrespondenz zwischen einer Selbstausrichtungsdrehmomentverstärkung und der Fahrzeuggeschwindigkeit definiert, und die Selbstausrichtungsdrehmomentverstärkung basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt, und das geschätzte Selbstausrichtungsdrehmoment mit der Selbstausrichtungsdrehmomentverstärkung multipliziert wird, um das Selbstausrichtungsdrehmoment gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit zu korrigieren, und es wird ein korrigiertes Selbstausrichtungsdrehmoment erzeugt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Prozessor eine Kompensation der Phasenverschiebung erster Ordnung auf das korrigierte Selbstausrichtungsdrehmoment anwendet, um das Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoment zu erzeugen.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Prozessor auf eine Tabelle verweist, die eine Korrespondenz zwischen einem Motorverlustdrehmoment und der Motordrehzahl definiert, das Motorverlustdrehmoment auf der Grundlage der Motordrehzahl bestimmt und eine Phasenverzögerungskompensation erster Ordnung auf das bestimmte Motorverlustdrehmoment anwendet, um das Motorverlustdrehmomentkompensationsdrehmoment zu erzeugen.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Prozessor ferner die Erzeugung eines Strombefehlswerts auf der Grundlage des Drehmomentbefehlswerts und die Steuerung des Antriebs des Motors auf der Grundlage des Strombefehlswerts ausführt.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung, aufweisend: einen Motor, einen Lenkdrehmomentsensor, einen Lenkwinkelsensor und die Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Steuerungsverfahren, das in einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung verwendet wird, die einen Motor und ein Verzögerungsgetriebe aufweist und so konfiguriert ist, dass sie den Antrieb des Motors steuert, wobei das Steuerungsverfahren aufweist: Erfassen eines von einem Lenkdrehmomentsensor detektierten Lenkdrehmoments, einer von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor detektierten Fahrzeuggeschwindigkeit, eines von einem Lenkwinkelsensor detektierten Lenkwinkels und einer Motordrehzahl, Erzeugen eines Basisunterstützungsdrehmoments auf der Grundlage des Lenkdrehmoments und der Fahrzeuggeschwindigkeit, Erzeugen eines Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoments auf der Grundlage des Lenkdrehmoments, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Motordrehzahl und des Basisunterstützungsdrehmoments, Erzeugen eines aktiven Rückstelldrehmoments basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Lenkwinkel, Erzeugen eines Motorverlustdrehmomentkompensationsdrehmoments auf der Grundlage der Motordrehzahl, und Erzeugen eines Drehmomentbefehlswertes, der verwendet werden soll zur Steuerung des Motorantriebs, auf der Grundlage des Basisunterstützungsdrehmoments, des Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoments, des aktiven Rückstelldrehmoments und des Motorverlustdrehmomentkompensationsdrehmoments.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 10, ferner aufweisend: Erzeugen eines Stabilisierungskompensationsdrehmoments unter Verwendung eines Stabilisierungskompensators auf der Grundlage des Basisunterstützungsdrehmoments und des Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoments, wobei der Drehmomentbefehlswert auf der Grundlage des aktiven Rückstelldrehmoments, des Motorverlustdrehmomentkompensationsdrehmoments und des Stabilisierungskompensationsdrehmoments erzeugt wird.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 11, wobei das Erzeugen des Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoments das Schätzen eines Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoment T_SAT auf der Grundlage der folgenden Formel aufweist: $T_{SAT} = T_{tor} + g_{c} * T_{BASE} - T_{fric}$
wobei T_tor das Lenkdrehmoment darstellt, g_c ein Übersetzungsverhältnis des Verzögerungsgetriebes darstellt, T_BASE das Basisunterstützungsdrehmoment darstellt und Tfric ein Reibungsdrehmoment darstellt.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 12, wobei das Reibungsdrehmoment auf der Grundlage der Motordrehzahl anhand einer Tabelle bestimmt wird, die eine Korrespondenz zwischen dem Reibungsdrehmoment und der Motordrehzahl definiert.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 13, wobei eine auf der Fahrzeuggeschwindigkeit basierende Selbstausrichtungsdrehmomentverstärkung durch Bezugnahme auf eine Tabelle bestimmt wird, die eine Korrespondenz zwischen der Selbstausrichtungsdrehmomentverstärkung und der Fahrzeuggeschwindigkeit definiert, und das geschätzte Selbstausrichtungsdrehmoment mit der Selbstausrichtungsdrehmomentverstärkung multipliziert wird, um das Selbstausrichtungsdrehmoment gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit zu korrigieren, und es wird ein korrigiertes Selbstausrichtungsdrehmoment erzeugt.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 14, wobei das Selbstausrichtungsdrehmomentkompensationsdrehmoment durch Anwenden einer Kompensation der Phasenverschiebung erster Ordnung auf das korrigierte Selbstausrichtungsdrehmoment erzeugt wird.
Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei das Motorverlustdrehmomentkompensationsdrehmoment erzeugt wird, indem auf eine Tabelle Bezug genommen wird, die eine Korrespondenz zwischen einem Motorverlustdrehmoment und der Motordrehzahl definiert, das Motorverlustdrehmoment auf der Grundlage der Motordrehzahl bestimmt wird und eine Phasenverzögerungskompensation erster Ordnung auf das bestimmte Motorverlustdrehmoment angewendet wird.
Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, ferner aufweisend: Erzeugen eines Strombefehlswerts auf der Grundlage des Drehmomentbefehlswerts und Steuern des Antriebs des Motors auf der Grundlage des Strombefehlswerts.