DE19805383A1

DE19805383A1 - Kraftfahrzeug-Lenkvorrichtung

Info

Publication number: DE19805383A1
Application number: DE19805383A
Authority: DE
Inventors: Katsutoshi Nishizaki; Shiro Nakano; Hiroshi Kawaguchi
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: JTEKT Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-02-12
Filing date: 1998-02-11
Publication date: 1998-08-13
Anticipated expiration: 2018-02-12
Also published as: JP3493568B2; EP0858942A1; EP0858942B1; JPH10226346A; DE19805383B4; US6079513A

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeug-Lenkvorrich tung, mit der lenkbare Räder als Reaktion auf einen vom Fahrer durchgeführten Betätigungsvorgang gelenkt werden können, und zwar mittels eines Lenkmechanismus, der mechanisch nicht mit einer Lenk-Betätigungseinrichtung (z. B. einem Lenkrad) verbunden ist.

Zum Lenken eines Fahrzeugs wird die Betätigung einer im Fahrzeuginnenraum angeordneten Lenk-Betätigungseinrich tung (im allgemeinen die drehende Bewegung eines Lenkra des) auf einen außerhalb des Fahrzeuginnenraums angeord neten Lenkmechanismus übertragen, umlenkbare Räder (im allgemeinen die Vorderräder) entsprechend der Lenkbe tätigung auszurichten.

In der Praxis werden Fahrzeuge mit verschiedenartigen Typen von Lenkmechanismen ausgerüstet, z. B. Lenkmecha nismen vom Typ mit Kugelumlaufspindel oder vom Typ mit Zahnstange und Ritzel. Beispielsweise wird bei einem Lenkmechanismus vom Typ mit Zahnstangen- und Ritzel-An trieb die in axialen Längsrichtungen verlaufende Ver schiebung einer Zahnstange, die sich in einem Vorderbe reich einer Fahrzeugkarosserie von einer Seite zur ande ren erstreckt, über Spurstangen auf Spurstangenhebel übertragen, welche an den beiden lenkbaren Vorderrädern angeordnet sind. Bei diesem Mechanismus befindet sich ein Ritzel, das in einen Endbereich der Drehwelle (Lenk säule) eines Lenkrades eingepaßt ist und sich bis au ßerhalb des Fahrzeuginnenraums erstreckt, im Eingriff mit einer im Mittelbereich der Zahnstange ausgebildeten Verzahnung, und die Drehung des Lenkrades wird in eine in axialer Längsrichtung verlaufende Verschiebung der Zahnstange umgesetzt, so daß aufgrund der drehenden Betätigung des Lenkrades ein Lenkvorgang durchgeführt wird.

Bei den derzeit verbreiteten Servolenkvorrichtungen ist in der Mitte des Lenkmechanismus ein zur Unterstützung des Lenkvorgangs ausgebildeter Aktuator vorgesehen, z. B. ein hydraulischer Zylinder und ein Elektromotor. Dieser Aktuator wird auf der Basis eines Detektionswertes der auf das Lenkrad aufgebrachten Lenkkraft gesteuert, und die der Drehung des Lenkrades entsprechende Betätigung des Lenkmechanismus wird durch eine von dem Aktuator ausgehende Kraft unterstützt, so daß die Kraft, die der Fahrer zum Lenken aufwenden muß, reduziert wird.

Da jedoch bei derartigen herkömmlichen Lenkvorrichtungen - un abhängig davon, ob diese eine Servolenkvorrichtung aufweisen oder nicht - das Lenkrad und der Lenkmechanis mus mechanisch miteinander verbunden sind, ist die Stel le, an der das Lenkrad im Fahrzeuginnenraum angeordnet sein muß, weitgehend festgelegt, so daß auch die Ausge staltung des Fahrzeuginnenraumes unnötigen Beschränkun gen unterliegt. Zudem sind zur Realisierung dieser Ver bindung Verbindungsteile mit großer Masse erforderlich, die das Fahrzeuggewicht vergrößern.

Um diese Probleme zu beseitigen, ist im Stand der Tech nik eine separat anzuordnende eigenständige Lenkvorrich tung vorgeschlagen worden, bei dem ein als Lenk-Betäti gungseinrichtung verwendetes Lenkrad ohne mechanische Verbindung mit dem Lenkmechanismus vorgesehen ist und der Lenkmechanismus einen Lenk-Aktuator aufweist, der dem bei der Servolenkvorrichtung zum Unterstützen des Lenkvorgangs vorgesehenen Aktuator ähnlich ist. Dieser Lenk-Aktuator wird in Abhängigkeit von Detektionswerten betätigt, die die Betätigungsrichtung und den Betäti gungsbetrag der Lenk-Betätigungseinrichtung angeben, und übt eine entsprechende Lenkkraft auf den Lenkmechanismus aus, so daß der Lenkvorgang entsprechend der Betätigung der Lenk-Betätigungseinrichtung durchgeführt wird. Als Lenk-Aktuator wird im allgemeinen ein Elektromotor (Lenkmotor) verwendet, da die entsprechend den Fahrbe dingungen vorgenommene Steuerung der veränderbaren Lenk-Ein stellung mit einem Elektromotor besonders problemlos durchgeführt werden kann.

Die Vorteile einer derartigen eigenständigen Lenkvor richtung liegen nicht nur in der Lösung der oben ange führten Probleme, sondern auch - aufgrund des erweiter ten Konstruktionsspielraumes - in der Möglichkeit einer freieren Konzeption der Lenkvorrichtung, d. h. die eigen ständige Lenkvorrichtung kann sich flexibel an Verände rungen der Lenksituation anpassen, die durch die Fahr bedingungen des Fahrzeugs verursacht werden, z. B. höhere oder niedrigere Fahrzeuggeschwindigkeit, größerer oder kleinerer Richtungsänderungswinkel, oder Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Beschleunigung bzw. Verlang samung, und die Lenkvorrichtung ermöglicht die Verwen dung einer bedarfsgerechten Lenk-Betätigungseinrichtung, z. B. eines Hebels, eines Handgriffs oder eines Pedals, ohne daß die gegenseitige Entsprechung der Betätigungs stärken der Lenk-Betätigungseinrichtung und des Lenk-Ak tuators mechanisch eingeschränkt wäre.

Diese Vorrichtung hat weitere zahlreiche Vorteile, die mit den früheren Lenkvorrichtungen, bei denen die Lenk-Be tätigungseinrichtung und der Lenkmechanismus mecha nisch miteinander verbunden sind, nicht erzielt werden können. Ein besonderer Vorteil dieser Vorrichtung be steht darin, daß sie problemlos an die derzeit ständig weiterentwickelten automatischen Fahrsysteme, z. B. ITS (Intelligent Transport Systems) oder AHS (Automated Highway Systems), anpaßbar ist. Somit ist diese Vorrich tung von besonderem Nutzen in der Entwicklung automobi ler Techniken.

Obwohl, wie oben erläutert, eine eigenständige Lenkvor richtung zahlreiche Vorteile hat, verursacht sie auch Probleme dahingehend, daß aufgrund der Trennung der Lenk-Betätigungseinrichtung von dem Lenkmechanismus der Fahrer keine von der Fahrbahnoberfläche ausgehende Reak tionskraft mehr spüren kann, die entsprechend dem Lenk vorgang über den Lenkmechanismus vom Fahrer wahrgenommen werden könnte. Um dieses Problem zu beseitigen, weist die Lenkvorrichtung herkömmlicherweise eine mit der Lenk-Betätigungseinrichtung verbundene Reaktionskraft erzeugungseinrichtung auf, die auf die Lenk-Betätigungs einrichtung eine Kraft in Gegenrichtung zu der Betäti gungsrichtung ausübt und - ohne den Lenkvorgang zu be einträchtigen - dem Fahrer das Gefühl vermittelt, als ob die Lenk-Betätigungseinrichtung und der Lenkmechanismus mechanisch miteinander verbunden wären.

Da sich die Reaktionskraft der Fahrbahnoberfläche in Abhängigkeit von den Fahrbedingungen ändert, z. B. der (höheren oder niedrigeren) Fahrzeuggeschwindigkeit, dem (größeren oder kleineren) Betrag des Lenkwinkels oder der Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche, wird als Reaktionskrafterzeugungseinrichtung im allgemeinen ein dem Lenk-Aktuator ähnlicher Elektromotor (Reaktions kraftmotor) verwendet, insbesondere weil mit diesem die in Abhängigkeit von der Fahrbedingungen erfolgende Steuerung der Reaktionskraft leicht durchführbar ist.

Die den Reaktionskraftmotor aufweisende Reaktionskraft erzeugungseinrichtung überträgt über einen geeigneten Übertragungsmechanismus, z. B. einen Getriebemechanismus, die Ausgangskraft des Reaktionskraftmotors (Reaktions kraft-Drehmoment) auf die Lenk-Betätigungseinrichtung. Die Steuerung der Reaktionskraft wird durchgeführt, indem diejenige Reaktionskraft detektiert wird, die tatsächlich auf den Lenkmechanismus ausgeübt wird (Ist-Re aktionskraft) und basierend auf dieser Reaktionskraft ein Zielwert für die Reaktionskraft berechnet wird, oder - alternativ - nachdem diese Reaktionskraft entsprechend den Fahrbedingungen korrigiert worden ist; somit wird der Antrieb des Reaktionskraftmotors derart gesteuert, daß dieser eine dem Zielwert entsprechende Kraft aus gibt.

Um die Reaktionskraft in der beschriebenen Weise steuern zu können, muß als Vorbedingung die Ist-Reaktionskraft korrekt erfaßt werden. Beispielsweise kann bei einem Lenkmechanismus vom Zahnstangen- und Ritzel-Typ ein zum Detektieren der Ist-Reaktionskraft vorgesehener Reak tionskraftsensor einen Deformationsmesser aufweisen, der an einer den Spurstangenhebel und die Zahnstange ver bindenden Spurstange befestigt ist, wobei die auf die Spurstange einwirkende Axialkraft detektiert wird, indem die Deformation als Medium verwendet wird. In ähnlicher Weise kann bei anderen Typen von Lenkvorrichtungen ein Deformationsmesser, der an einem geeigneten Teil inner halb des Lenkmechanismus befestigt ist, die Ist-Reak tionskraft anhand der Deformation des Befestigungsteils detektieren.

Der Lenkmechanismus ist derart angeordnet, daß er sich von dem Inneren des Motorraums zu beiden Seiten hin zu den lenkbaren Rädern erstreckt. Diese Umgebung ist je doch für die Detektion von Deformation mittels eines Deformationsmessers sehr ungünstig, so daß der als Ist-Re aktionskraft berechnete Wert nicht hinreichend zuver lässig ist. Falls die Steuerung der Reaktionskraft auf der Basis dieses Detektionswertes erfolgt, kann der Fall eintreten, daß dem Fahrer das gewünschte Lenkgefühl nicht vermittelt wird.

Die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 4-133861 (1992) beschreibt ein Verfahren, in dem zur Bestimmung eines Zielwertes für ein Reaktionskraft-Drehmoment die Betä tigungsposition (der Lenk-Betätigungswinkel) der Lenk-Be tätigungseinrichtung detektiert wird und der Lenk-Be tätigungswinkel, die Lenk-Betätigungswinkelgeschwin digkeit und die Lenk-Betätigungswinkelbeschleunigung mit derartigen Verstärkungsfaktoren multipliziert werden, daß eine Reaktionskraft erzeugt wird, deren Größe grund legend von dem Anstieg des Lenk-Betätigungswinkels ab hängt. Obwohl bei diesem Verfahren die möglicherweise unzuverlässige Detektion der Ist-Reaktionskraft nicht erforderlich ist, leidet das Verfahren unter dem Nach teil, daß Veränderungen der Bedingungen der Fahrbahn oberfläche, z. B. die (hohe oder niedrige) Reibung der Fahrbahnoberfläche, dem Fahrer nicht vermittelt werden können, da in dem Zielwert für das Reaktionskraft-Dreh moment der Zustand des mechanisch von der Lenk-Betäti gungseinrichtung getrennten Lenkmechanismus nicht be rücksichtigt wird.

Die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 7-186983 (1995) beschreibt ein Verfahren, bei dem zwecks Erhalt eines Zielwertes für ein Reaktionskraft-Drehmoment ein Schräg laufwinkel (Schlupf) der lenkbaren Räder berechnet wird, um einen Lenkvorgang auf der Basis von Detektionswerten für den Lenk-Betätigungswinkel und die Fahrzeuggeschwin digkeit durchzuführen, ein aus dem berechneten Wert und den Detektionswerten entsprechend dem Schräglaufwert berechnetes Reaktionskraft-Drehmoment gewichtet wird, und für den Lenkvorgang die Reibkraft für die lenkbaren Räder aus dem Detektionswert der Fahrzeuggeschwindigkeit zu berechnen. Dieses Verfahren hat die Nachteile, daß die Genauigkeit der Koinzidenz zwischen den Schätzwerten für die Reibkraft, die nur auf der Fahrzeuggeschwindig keit basieren, und der Ist-Reibkraft ungewiß ist, und daß mehrere Dateien einschließlich einer Tabelle für die Wichtung geführt werden müssen, wodurch das Lenksystem eine komplizierte Struktur erhält. Zudem wird bei diesem Verfahren - ähnlich wie bei dem Verfahren gemäß der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 4-133861 - beim Berechnen des Zielwertes für das Reaktionskraft-Drehmo ment der Zustand des Lenkmechanismus nicht ausreichend berücksichtigt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine separat anzuordnende eigenständige Lenkvorrichtung zu schaffen, die einen der Ist-Reaktionskraft exakt entsprechenden Zielwert für die Reaktionskraft bestimmt, ohne die Ist-Reaktionskraft in dem Lenkmechanismus zu detektieren, und die, indem sie die Reaktionskraft auf der Basis dieses Zielwertes steu ert, eine korrekte Reaktionskraft auf eine mechanisch von dem Lenkmechanismus getrennte Lenk-Betäti gungseinrichtung aufbringt und somit ein angenehmes und realistisches Lenkgefühl vermittelt.

Zur Lösung der Aufgabe wird mit der Erfindung eine Lenk vorrichtung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.

Die Lenkvorrichtung gemäß der Erfindung weist eine Be rechnungseinrichtung auf, die einen Zielwert für eine Reaktionskraft auf der Basis eines das Selbstausrichten des Drehmoments angebenden Terms berechnet, der auf den folgenden Termen basiert:

- einem Detektionswert der Fahrzeuggeschwindigkeit und einem Detektionswert der eingestellten Ist-Lenkposi tion eines Lenkmechanismus,
- eines das Drehmoment des elastischen Widerstandes angebenden Terms, der der Abweichung zwischen einem Detektionswert des Lenk-Betätigungswinkels einer me chanisch von dem Lenkmechanismus getrennten Lenk-Betä tigungseinrichtung und einem Detektionswert für die Ist-Lenkposition proportional ist, und
- einem das Drehmoment des Trägheitswiderstandes ange benden Terms, der einem zeitlich variierenden Betrag der Abweichung proportional ist,
wobei zum Steuern der Reaktionskraft der Lenk-Betäti gungseinrichtung ein Reaktionskraftmotor auf der Basis dieses Zielwertes betätigt wird.

Was den Mechanismus des Verlaufs der tatsächlich in dem Lenkmechanismus erzeugten Reaktionskraft betrifft, so sind die bestimmenden Aspekte für den Verlauf hauptsäch lich die folgenden: (1) das selbstausrichtende Drehmo ment, das als Rotations-Drehmoment um eine Achszapfen-Wel le auf den Lenkmechanismus übertragen wird und das in einer Richtung erzeugt wird, in der der Schräglaufwinkel auf einer Fahrbahnoberfläche, mit der sich die lenkbaren Räder in Lenkkontakt befinden, klein gemacht wird; (2) der elastische Widerstand, der als Aggregat der Elasti zität sämtlicher Bestandteile des Lenkmechanismus ein schließlich der die Fahrbahnoberfläche kontaktierenden, zum Lenken vorgesehenen lenkbaren Räder (Reifen) erzeugt wird; und (3) der durch die Trägheit des Lenkmechanismus verursachte Trägheitswiderstand. Somit berechnet die Vorrichtung gemäß der Erfindung einen Zielwert für die Reaktionskraft, in dem der Zustand des Lenkmechanismus berücksichtigt ist, indem sie zusätzlich zu der Fahr zeuggeschwindigkeit und der Betätigungsposition der Lenk-Betätigungseinrichtung (Lenk-Betätigungswinkel) die Lenkposition des Lenkmechanismus (Lenkwinkel) detek tiert, wobei der Zielwert ein Aggregat dieser Aspekte ist.

Die Lenkvorrichtung gemäß der Erfindung ist vorzugsweise versehen mit einem Richtungsänderungszustandssensor zum Detektieren eines Richtungsänderungszustandes des Fahr zeugs, einer Einrichtung, die einen Richtungsänderungs-Vor gang des Fahrzeugs auf der Basis der Detektionswerte des Richtungsänderungszustandssensors, eines Fahrzeug geschwindigkeitssensors und eines Lenk-Betätigungswin kel-Sensors detektiert, und einer Korrektureinrichtung, die den Zielwert des Reaktionskraft-Drehmoments auf der Basis des Detektionsergebnisses der genannten Einrich tung korrigiert, um im Falle einer Annäherung an einen Ausbrech-Grenzwert die Reaktionskraft zu erhöhen.

Gemäß der Erfindung ist ein Sensor zum Detektieren des Richtungsänderungszustandes vorgesehen, z. B. ein Gierra tensensor oder ein Lateralbeschleunigungssensor. Auf der Basis des Detektionswertes des Richtungsänderungszustan des, der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkwinkels wird ein Richtungsänderungsvorgang des Fahrzeugs, d. h. die Annäherung an einen Ausbrech-Grenzwert unter Berück sichtigung des Zustandes der Fahrbahnoberfläche, detek tiert. Bei einer Annäherung an den Ausbrech-Grenzwert wird der auf die oben beschriebene Weise berechnete Zielwert der auf die Lenk-Betätigungseinrichtung ausge übten Reaktionskraft korrigiert, indem er derart ver größert wird, daß eine übermäßige Lenkoperation verhin dert wird.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen anhand der Zeichnungen detailliert beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des allgemeinen Aufbaus einer Fahrzeug-Lenkvorrichtung gemäß der Erfin dung,

Fig. 2 eine vertikale Schnittansicht zur Darstellung der Konfiguration eines Lenkmotors,

Fig. 3 eine vertikale Schnittansicht der Umgebung eines Reaktionskraftmotors,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 ein Flußdiagramm des Ablaufs der Steuerung der Reaktionskraft,

Fig. 6 ein Schaubild zur Veranschaulichung eines Bei spiels des Fahrzeuggeschwindigkeit-Verstärkungs faktors, und

Fig. 7 ein Schaubild zur Veranschaulichung des Verhält nisses zwischen einem Schräglaufwinkel und einer Fahrbahnoberflächen-Reibkoeffizienten- und Aus brech-Kraft.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild des allgemeinen Aufbaus der Kraftfahrzeug-Lenkvorrichtung. Bei der Lenkvorrich tung handelt es sich um eine eigenständige Lenkvorrich tung mit einem Lenkmechanismus 1, der zwei an den Seiten der Fahrzeugkarosserie angeordnete lenkbare Räder 10, 10 zur Durchführung eines Lenkvorgangs ausrichtet, einem Lenkrad als Lenk-Betätigungseinrichtung 2, die ohne mechanische Verbindung mit dem Lenkmechanismus 1 ange ordnet ist, und einer Lenksteuereinheit 3, die den Lenk mechanismus 1 derart steuert, daß dieser entsprechend der Betätigung des Lenkrades 2 arbeitet. Die Lenksteuer einheit 3 weist eine Einrichtung zum Berechnen eines Zielwertes des Reaktionskraft-Drehmoments, eine Einrich tung zur Detektion eines Richtungsänderungsvorgangs des Fahrzeugs und eine Einrichtung zum Korrigieren des Ziel wertes auf.

Zur Ausbildung eines Lenkmechanismus 1 sind die beiden Enden einer Lenkwelle 11, die von einer Seite der Fahr zeugkarosserie zur anderen Seite verläuft und in einer axialen Längsrichtung verschiebbar ist, über jeweilige Spurstangen 13 mit Spurstangenhebeln 12 lenkbarer Räder 10, 10 verbunden, wobei die lenkbaren Räder 10, 10 nach rechts oder links gerichtet werden können, indem durch Verschiebung der Lenkwelle 11 in beiden Richtungen die Spurstangenhebel 12, 12 mittels der Spurstangen 13, 13 einer Druck- bzw. Zugkraft ausgesetzt werden.

Zur Durchführung des Lenkvorgangs in der oben beschrie benen Weise ist die Lenkvorrichtung mit einem Lenkmotor M₁ versehen, der in den Mittelbereich eines zylin drischen Gehäuses 14 integriert ist, welches die Lenk welle 11 derart hält, daß sie in einer axialen Längs richtung bewegt werden kann. Das Ausrichten der lenk baren Räder 10, 10 wird durchgeführt, indem die Drehung des Lenkmotors M₁ in eine Verschiebung der Lenkwelle 11 umgesetzt wird.

Fig. 2 zeigt eine vertikale Schnittansicht des Aufbaus des Lenkmotors M₁. Der Lenkmotor M₁ ist ein bürstenloser Drei-Phasen-Motor mit einem Stator 51 und einem Rotor 52. Der Stator 51 ist umlaufend an der Innenfläche eines Motorgehäuses 50 angeordnet, das einstückig in dem Mit telbereich des Gehäuses 14 ausgebildet ist und die Lenk welle 11 derart hält, daß diese gleitbar in einer axia len Längsrichtung bewegt werden kann. Der Rotor 52 ist derart innerhalb des Stators 51 angeordnet, daß seine Außenfläche der Innenfläche des Stators 51 gegenüber liegt und ein kleiner Spalt zwischen den Flächen ver bleibt.

Der Rotor 52 ist einstückig mit einem Rotorzylinder 53 ausgebildet, der eine zylindrische Form aufweist und dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurch messer der Lenkwelle 11. Der Rotor 52 und der Rotorzy linder 53 sind durch Kugellager 54, 55 gehalten, die innen an einer Seite des Motorgehäuses 50 bzw. an dem mit der anderen Seite des Motorgehäuses 50 verbundenen Gehäuse 14 eingepaßt sind, so daß der Rotor 52 und der Rotorzylinder 53 innerhalb des Stators 51 koaxial frei drehbar sind. Der Rotor 52 und der Rotorzylinder 53 können zusammen in einer Richtung oder der Gegenrichtung gedreht werden, indem dem Stator 51 entsprechend eines von der Lenksteuereinheit 3 ausgegebenen Bewegungsbe fehlssignals ein Strom zugeführt wird.

An einem Außenumfangsbereich des Rotorzylinders 53 (dem Lagerbereich des Kugellagers 55) ist ein Zahnrad 56 angeordnet. Das Zahnrad 56 greift mit einem Eingangs zahnrad 15a eines Drehwinkelsensors 15 zusammen, der einen außen an einem entsprechenden Bereich des Gehäuses 14 fest angebrachten Drehkodierer aufweist, welcher die Drehposition des sich zusammen mit dem Rotorzylinder 53 drehenden Rotors 52 als Ausgangssignal des Drehwinkel sensors 15 berechnet. Die Ausgestaltung des Drehwinkel sensors 15 ist nicht auf diese Anordnung beschränkt; alternativ kann der Drehwinkelsensor als elektromagneti sche Detektionseinrichtung vorgesehen sein, die dem Außenumfangsbereich des Zahnrads 56 gegenüberliegt, wobei zur Berechnung der Drehposition die Zähne des Zahnrads 56 durch die Detektionseinrichtung detektiert werden und die Anzahl der Zähne berechnet wird.

Die andere Seite des Rotorzylinders 53 ist über den durch das Kugellager 54 gebildeten Lagerungsbereich hinaus verlängert und ist innerhalb des Gehäuses 14 durch ein Kugellager 57 gelagert, das an der gleichen Seite einstückig an dem verlängerten Ende ausgebildet ist. Zwischen den durch die Kugellager 54, 57 gebildeten Lagerbereichen ist eine Kugelmutter 58 angeordnet, die an einer Innenfläche eine Spur für eine Kugelspindel aufweist. In einem Mittelbereich der Lenkwelle 11 ist ein Kugelspindelabschnitt 59 angeordnet, an dessen Au ßenfläche eine Spur für eine Kugelspindel mit vorbe stimmter Länge ausgebildet ist. Zur Bildung eines Kugel spindelmechanismus wird der Kugelspindelabschnitt 59 mittels zahlreicher Kugeln in die Kugelmutter 58 ge schraubt.

Die Drehung der Lenkwelle 11 um ihre Achse ist durch eine Drehbeschränkungseinrichtung eingeschränkt, die zwischen der Lenkwelle 11 und ihrem Gehäuse 14 angeord net ist. Die Drehung des Lenkmotors M₁, d. h. die durch Zuführung eines Stroms an den Stator 51 bewirkte Drehung des Rotors 52, wird durch die Schraubbewegung zwischen der an einer Seite des Rotorzylinders 53 ausgebildeten Kugelmutter 58 und dem einstückig mit der Lenkwelle 11 ausgebildeten Kugelspindelabschnitt 59 direkt in eine in Längsrichtung erfolgende Verschiebung der Lenkwelle 11 umgesetzt. Auf diese Weise wird die Lenkbewegung (das zwecks Lenkung durchgeführte Ausrichten der lenkbaren Räder 10, 10) entsprechend der Drehung des Lenkmotors M₁ durchgeführt. Der Lenkmotor M₁ nimmt zusammen mit einem Bewegungsumsetzungsmechanismus, der die Drehung in eine Verschiebung der Lenkwelle 11 umsetzt, nur wenig Raum um die Lenkwelle 11 herum ein.

Ein von der Lenksteuereinheit 3 ausgegebener Bewegungs befehl wird über eine Treiberschaltung an den Lenkmotor M₁ übermittelt, so daß der Lenkmotor M₁ entsprechend dem Bewegungsbefehl bewegt wird. Diese Ist-Bewegungsposition des entsprechend diesem Ansteuerungsvorgang bewegten Lenkmechanismus 1 wird durch einen Spurstangenverschie bungssensor 16 detektiert, der die Verschiebung eines Verbindungsteiles zwischen der Lenkwelle 11 und einer der Spurstangen 13 detektiert, und diese Position wird als Signal zur Angabe des Ist-Lenkwinkels θ₂ der lenk baren Räder 10, 10 an die Lenksteuereinheit 3 ausgegeben.

Wie Fig. 1 vereinfacht zeigt, ist der Spurstangenver schiebungssensor 16 mit einem Detektionszylinder ver sehen, der zwischen dem Verbindungsteil von Lenkwelle 11 und Spurstange 13 und der Außenfläche des Gehäuses 14 angeordnet ist und den gewünschten Verschiebungsbetrag detektiert, wobei der Betrag der Vor- bzw. Rückbewegung des Detektionszylinders als Medium dient. Obwohl in der Figur nur ein einziger Spurstangenverschiebungssensor 16 gezeigt ist, sind vorzugsweise mehrere Spurstangenver schiebungssensoren 16 an einer Seite oder beiden Seiten an der Spurstange bzw. den Spurstangen 13 vorgesehen, um Situationen handhaben zu können, in denen einer der Sensoren versagt, da - wie noch beschrieben wird - für den Betrieb der Lenkvorrichtung die Ist-Bewegungsposi tion des Lenkmechanismus 1 detektiert werden muß.

Wie Fig. 1 schematisch zeigt, ist das Lenkrad 2, das von dem den oben beschriebenen Lenkvorgang durchführenden Lenkmechanismus 1 mechanisch separiert ist, an einem geeigneten Bereich der Fahrzeugkarosserie von einem Lenksäulengehäuse 21 gehalten, in dem ein Säulenschaft 20 gelagert ist, der als Drehwelle des Lenkrades 2 funk tioniert. An der Außenfläche des Lenksäulengehäuses 21 ist ein Reaktionskraftmotor (Gleichstrommotor) M₂ derart angeordnet, daß sich die Achsen des Lenksäulengehäuses 21 und des Reaktionskraftmotors M₂ schneiden.

Fig. 3 zeigt einen vertikalen Querschnitt der Umgebung des Reaktionskraftmotors M₂, und Fig. 4 zeigt einen horizontalen Querschnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3. An einer mittleren Position des Säulenschaftes 20 ist ein Schneckenrad 26 innerhalb einer Getriebekammer 25 koaxial eingepaßt und befestigt, die durch eine ab schnittsweise Vergrößerung des Durchmessers des Lenk säulengehäuses 21 gebildet ist, und eine Schnecke 27 greift an einer geeigneten Position am Außenumfang des Schneckenrades 26 mit diesem zusammen. Der Reaktions kraftmotor M₂ ist an der Außenseite der Getriebekammer 25 befestigt, und das in die Getriebekammer 25 ragende Ende einer Abtriebswelle 28 des Reaktionskraftmotors M₂ ist durch ein buchsenartiges Verbindungsteil 29 koaxial mit einem Basisteil der Schnecke 27 verbunden.

Bei Drehung des Reaktionskraftmotors M₂ mit der oben beschriebenen Ausgestaltung dreht sich die Schnecke 27 um ihre Achse, und die Drehbewegung wird durch das Schneckenrad 26 auf den Säulenschaft 20 übertragen, so daß das der Abtriebskraft des Reaktionskraftmotors M₂ entsprechende Reaktionskraft-Drehmoment auf das Lenkrad 2 übertragen wird, das am oberen Ende des Säulenschaftes 20 befestigt ist. Diese Übertragung des Reaktionskraft-Dreh moments wird durchgeführt, damit während des Lenk vorgangs die auf den Lenkmechanismus 1 einwirkende Reak tionskraft auf das Lenkrad 2 übertragen wird und somit vom Fahrer wahrgenommen wird. Zu diesem Zweck wird der von der Lenksteuereinheit 3 erzeugte Bewegungsbefehl durch die Steuerschaltung an den Reaktionskraftmotor M₂ übermittelt, so daß dieser derart gesteuert wird, daß er bei Empfang des Bewegungsbefehls eine der Betätigungs richtung des Lenkrades 2 entgegengesetzte Reaktionskraft auf das Lenkrad 2 überträgt.

Deshalb muß, um den Lenkvorgang mit dem Lenkrad 2 durch zuführen, ein Lenk-Drehmoment in Gegenrichtung zu dem durch den Reaktionskraftmotor M₂ erzeugten Reaktions kraft-Drehmoment ausgeübt werden. Das auf das Lenkrad 2 aufgebrachte Lenk-Drehmoment wird durch einen Drehmo ment-Sensor 22 detektiert, der an einem mittleren Be reich des Lenksäulengehäuses 21 angeordnet ist. Der Betätigungsbetrag des Lenkrades 2 einschließlich der Betätigungsrichtung wird durch zwei Lenkbetätigungswin kelsensoren 23, 24 detektiert, die an beiden Seiten des Reaktionskraftmotors M₂ angeordnet sind. Diese Detek tionswerte werden als Signale zur Angabe des Betäti gungszustandes des Lenkrades 2 an die Lenksteuereinheit 3 ausgegeben.

Der Lenk-Betätigungswinkel des Lenkrades 2, der sich aus den Detektionswerten der Lenkbetätigungswinkelsensoren 23, 24 ergibt, ist ein wichtiger Wert zum Berechnen des Zielwertes für die Lenkkraft, die der Lenkmotor M₁ auf der Basis der Abweichung zwischen den beiden Werten und der Ist-Bewegungsposition des Lenkmechanismus 1 erzeugen soll, welche durch den Spurstangenverschiebungssensor 16 in der Lenksteuereinheit 3 detektiert worden ist. Bei dieser Ausführungsform sind zwei Lenkbetätigungswinkel sensoren 23, 24 vorgesehen, um zu verhindern, daß bei Ausfall eines der Sensoren ein Lenkvorgang auf der Basis fehlerhafter Detektionswerte erfolgt. Unter normalen Bedingungen wird ein Detektionswert verwendet, der durch nur einen der Lenkbetätigungswinkelsensoren - 23 - er zeugt wird, und der andere Lenkbetätigungswinkelsensor wird als Ausfallsicherungs-Sensor verwendet, falls der normalerweise verwendete Lenkbetätigungswinkelsensor 23 versagt. Das von dem Drehmoment-Sensor 22 detektierte Lenk-Drehmoment wird als Rückkopplungssignal der durch den Reaktionskraftmotor M₂ erzeugten Reaktionskraft dazu verwendet, ein Versagen des Reaktionskraftmotors M₂ festzustellen.

Der zum Halten des Lenkrades 2 vorgesehene Säulenschaft 20 wird durch eine in dem Lenksäulengehäuse 21 angeord nete Zentrierfeder aktiviert, und wenn der Vorgang des Drehens des Lenkrades 2 beendet ist, wird das Lenkrad durch die auf den Säulenschaft 20 einwirkende Federkraft der Zentrierfeder in eine neutrale Position zurückbe wegt. Diese Zurückbewegung des Lenkrades 2 ist wichtig für das Zurückführen des Lenkrades 2 entsprechend der vom Lenkmechanismus 1 durchgeführten Rückführung der lenkbaren Räder 10, 10 in eine geradeaus orientierte Laufrichtung.

Der Ist-Lenkzustand des Lenkmechanismus 1 wird als Ein gangssignal des Drehwinkelsensors 15 und des Spurstan genverschiebungssensors 16 an die Lenksteuereinheit 3 übermittelt, und der Betätigungszustand des als Lenk-Be tätigungseinrichtung verwendeten Lenkrades 2 wird der Lenksteuereinheit 3 als Eingangssignal des Drehmoment-Sen sors 22 und der Lenkbetätigungswinkelsensoren 23, 24 mitgeteilt. Zusätzlich zu diesen Signalen werden Aus gangssignale von Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren 5, 6 zum Detektieren der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, ein Ausgangssignal eines Gierratensensors 7 zum Detektieren der Gierrate des Fahrzeugs, und ein Ausgangssignal eines Lateralbeschleunigungssensors 8 zum Detektieren einer lateralen Beschleunigung des Fahrzeugs jeweils in die Eingangsseite der Lenksteuereinheit 3 eingegeben.

Die Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren 5, 6 können z. B. Drehgeschwindigkeitssensoren zum Detektieren der Drehge schwindigkeit der lenkbaren Vorder- oder Hinterräder sein, die der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht. Ähn lich wie bei dem Spurstangenverschiebungssensor 16 und den Lenkbetätigungswinkelsensoren 23, 24 sind die Fahr zeuggeschwindigkeitssensoren doppelt vorgesehen, damit einer der Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren als Ausfall sicherungs-Sensor verfügbar ist, falls der andere Sensor versagt. In ähnlicher Weise sind der Gierratensensor 7 und der Lateralbeschleunigungssensor 8 beide in der Lage, einen Richtungsänderungszustand des Fahrzeugs zu detektieren, so daß bei Ausfall eines dieser Sensoren der andere als Ausfallsicherungs-Sensor verwendbar ist. Unter normalen Bedingungen dient das Ausgangssignal des Gierratensensors 7 als Signal zur Angabe des Richtungs änderungszustandes.

Die Ausgangssignale der Lenksteuereinheit 3 werden über jeweilige Treiberschaltungen ausgegeben, und zwar an den Lenkmotor M₁, um den Lenkmechanismus 1 zum Durchführen des Lenkvorgangs zu veranlassen, und an den Reaktions kraftmotor M₂, um ein Reaktionskraft-Drehmoment auf das Lenkrad 2 auszuüben. Der Lenkmotor M₁ und der Reaktions kraftmotor M₂ werden jeweils entsprechend den Bewegungs befehlen der Lenksteuereinheit 3 gesteuert.

Bei der durch die Lenksteuereinheit 3 erfolgenden Steue rung des Lenkmotors M₁ wird aus dem Eingangssignal von dem Lenkbetätigungswinkelsensor 23 ein Lenk-Betätigungs winkel δ bestimmt, der den Betätigungsbetrag des Lenkra des 2 angibt, und dieser Lenk-Betätigungswinkel wird entsprechend der durch die Fahrzeuggeschwindigkeitssen soren 5, 6 detektierten (hohen oder niedrigen) Fahrzeug geschwindigkeit und der durch den Gierratensensor 7 oder den Lateralbeschleunigungssensor 8 detektierten Rich tungsänderungszustand korrigiert, und daraus wird ein Ziel-Lenkwinkel berechnet, zu dem der Lenkmechanismus 1 bewegt werden muß. Der Steuervorgang für den Lenkmotor M₁ umfaßt die folgenden Schritte: Ein in dem Lenkmecha nismus 1 erzeugter Ist-Lenkwinkel wird auf der Basis eines Eingangssignals des Spurstangenverschiebungssen sors 16 festgestellt; ein Zielwert für die Ausgangskraft des Lenkmotors M₁ wird durch eine PID-Berechnung auf der Basis der Abweichung zwischen dem lst-Lenkwinkel und dem Ziel-Lenkwinkel berechnet; und ein dem Zielwert entspre chender Bewegungsbefehl wird an den Lenkmotor M₁ ausge geben.

Bei diesem Steuervorgang wird die entsprechend der Fahr zeuggeschwindigkeit und dem Richtungsänderungszustand erfolgende Korrektur des Ziel-Lenkwinkels jeweils derart ausgeführt, daß der Ziel-Lenkwinkel reduziert wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit und der Richtungsänderungs winkel zunehmen. Somit kann eine bei hoher Fahrgeschwin digkeit erfolgende plötzliche Richtungsänderungsbewegung eingeschränkt werden, und bei niedriger Fahrgeschwindig keit kann die für den Lenkvorgang erforderliche Kraft reduziert werden. Das Eingangssignal, das aus dem am Lenkmotor M₁ angeordneten Drehwinkelsensor 15 in die Lenksteuereinheit 3 eingegeben wird, wird dazu verwen det, bei der Ausgabe des oben beschriebenen Bewegungs befehls die Drehposition des Lenkmotors M₁ zu bestimmen, und um eine Phasenangleichung des dem Lenkmotor M₁ zu geführten Treiberstroms vorzunehmen.

Während der in der beschriebenen Weise durchgeführten Steuerung des Lenkmotors M₁ steuert die Lenksteuerein heit 3 den Reaktionskraftmotor M₂ derart, daß sie die beim Lenkvorgang auf den Lenkmechanismus 1 einwirkende Reaktionskraft auch auf das Lenkrad 2 überträgt, so daß der Fahrer die Reaktionskraft wahrnimmt.

Bei diesem Steuervorgang wird die während des Lenkvor gangs in dem Lenkmechanismus 1 erzeugte tatsächliche Reaktionskraft geschätzt, und zwar auf der Basis des von dem Lenkbetätigungswinkelsensor 23 (oder dem Lenkbetäti gungswinkelsensor 24) detektierten Lenk-Betätigungswin kels δ des Lenkrades 2, der durch den Spurstangenver schiebungssensor 16 detektierten Ist-Bewegungsposition X des Lenkmechanismus 1 (Spurstangen-Verschiebung) und der durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 5 (oder den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 6) detektierten Fahrzeug geschwindigkeit v, und anschließend wird der Zielwert für das Reaktionskraft-Drehmoment berechnet. Der Reak tionskraftmotor M₂ wird gesteuert durch Detektieren des Richtungsänderungsvorgangs des Fahrzeugs auf der Basis des Detektionswertes für den Richtungsänderungszustand, der mittels des Gierratensensors 7 (oder den Lateralbe schleunigungssensor 8), der Ist-Bewegungsposition X des Lenkmechanismus 1 und der Fahrzeuggeschwindigkeit v detektiert wird, Korrigieren des Zielwertes auf der Basis dieser Detektion, und Ausgeben eines Bewegungs befehls an den Reaktionskraftmotor M₂ zur Einstellung auf einen korrigierten Zielwert für das Reaktionskraft-Dreh moment.

Fig. 5 ist ein Flußdiagramm der Vorgangs der Steuerung der Reaktionskraft. Die Lenksteuereinheit 3 wird in Be trieb gesetzt, wenn ein Schalter zum Starten des Motors in die Einschaltposition bewegt wird, und erhält ein Ausgangssignal des mit der Eingangsseite der Lenksteuer einheit 3 verbundenen Spurstangenverschiebungssensors 16 und ein Ausgangssignal des ebenfalls mit der Eingangs seite der Lenksteuereinheit 3 verbundenen Lenkbetäti gungswinkelsensors 23 (oder des Lenkbetätigungswinkel sensors 24) (Schritt S1), um aus dem ersten Signal die Spurstangen-Verschiebung X und aus dem zweiten Signal den Lenk-Betätigungswinkel δ des Lenkrades 2 zu bestim men. Dann erhält die Lenksteuereinheit 3 ein Aus gangssignal des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 5 (oder des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 6) (Schritt S2), um die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit v zu bestimmen.

Anschließend berechnet die Lenksteuereinheit 3 den Ziel wert für das Reaktionskraft-Drehmoment T durch Einsetzen des Lenk-Betätigungswinkels δ, des Spurstangen-Verschie bung X und der Fahrzeuggeschwindigkeit v in die folgende Gleichung (Schritt S3).

T = G(v) . X + C . (δ - nX) + I . d(δ - nX)/dt (1)

Der erste Term von Gleichung (1) ist ein Term für das Drehmoment zur Selbstausrichtung. Dieser ist eine Kom ponente der Reaktionskraft, die auf den Lenkmechanismus 1 als Drehmoment zur Drehung um einen Achszapfen ausge übt wird, der als Stiftlagerachse der Spurstangenhebel 12 dient, wobei die Komponente auf der Bodenkontaktflä che der lenkbaren Räder 10, 10 erzeugt wird, die die Fahrbahnoberfläche in einer Richtung kontaktieren, in der der Schräglaufwinkel durch den Laufrollen-Effekt klein gemacht wird. Diese Reaktionskraft-Komponente ergibt sich als Produkt des in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v ermittelten Verstärkungsfak tors G(v), multipliziert mit der Spurstangen-Verschie bung X, die die tatsächliche Bewegungsposition des Lenk mechanismus 1 angibt. Der Verstärkungsfaktor G(v) kann eine Charakteristik haben, die nichtlinear entsprechend dem Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeit v ansteigt, da sie nur von der Fahrzeuggeschwindigkeit v abhängt. Der Verstärkungsfaktor G(v) kann in einem Verstärkungsfak tor-Diagramm gemäß Fig. 6 veranschaulicht werden.

Der zweite Term von Gleichung (1) ist ein Term des ela stischen Widerstandes. Dieser gibt eine Komponente der Reaktionskraft an, die als Aggregat der Elastizität sämtlicher Bestandteile des Lenkmechanismus 1 (Lenkwelle 11, Spurstangenhebel 12, Spurstangen 13 usw.) ein schließlich der die Fahrbahnoberfläche kontaktierenden lenkbaren Räder 10, 10 erzeugt wird, und wird als ein Wert berechnet, der der Abweichung zwischen dem Lenk-Be tätigungswinkel δ und der Spurstangen-Verschiebung X proportional ist.

Der dritte Term von Gleichung (1) ist ein Term des Träg heitswiderstandes. Dieser drückt eine Komponente der Reaktionskraft aus, die durch den Trägheitseinfluß des Lenkmechanismus 1 erzeugt wird, und wird als ein Wert berechnet, der einen zeitlichen Differenzwert der Ab weichung zwischen dem Lenk-Betätigungswinkel δ und der Spurstangen-Verschiebung X proportional ist. "C" in dem zweiten Term und "I" in dem dritten Term repräsentieren proportionale Verstärkungsfaktoren, und "n" in den zwei ten und dritten Termen repräsentiert einen Multiplika tor, um die Spurstangen-Verschiebung X in Entsprechung zu dem Lenk-Betätigungswinkel δ zu bringen, was dem Untersetzungsverhältnis bei dem üblichen Lenkmechanismus entspricht.

Bei der Kraftfahrzeug-Lenkvorrichtung gemäß der Erfin dung wird der Zielwert T für das Reaktionskraft-Drehmo ment, das der Reaktionskraftmotor M₂ erzeugen soll, mittels der Gleichung (1) ohne Verwendung von Detek tionswerten für die Ist-Reaktionskraft in dem Lenkme chanismus 1 berechnet, und die Zuverlässigkeit dieses Zielwertes steht außer Frage. Da ferner die Gleichung (1) die Spurstangen-Verschiebung X, die die tatsächliche Bewegungsposition des Lenkmechanismus 1 angibt, und die Fahrzeuggeschwindigkeit v enthält, gibt der Zielwert T den Zustand des Lenkmechanismus derart wieder, daß er der Ist-Reaktionskraft präzise entspricht. Da ferner die Berechnung des Zielwertes T mittels der Gleichung (1) leicht durchgeführt werden kann, indem die Detektions werte des Lenk-Betätigungswinkels δ, die Spurstangen-Ver schiebung X und die Fahrzeuggeschwindigkeit v ein gesetzt werden, ist es praktisch nicht erforderlich, die Lenksteuereinheit 3 kompliziert auszugestalten.

Nach dem Berechnen des Zielwertes T für das Reaktions kraft-Drehmoment schätzt die Lenksteuereinheit 3 eine virtuelle Gierrate Y, indem sie die Fahrzeuggeschwindig keit v und den Lenk-Betätigungswinkel δ unter Verwendung eines Fahrzeugmodells in eine bekannte Schätzungsglei chung einsetzt (Schritt S4). Anschließend wird durch Empfang eines Ausgangssignals des Gierratensensors 7 die momentane Ist-Gierrate Y' bestimmt (Schritt S5). Es wird die Abweichung zwischen der Ist-Gierrate Y' und der vir tuellen Gierrate Y berechnet, und auf der Basis- dieses Wertes wird der Zustand der von dem Fahrzeug befahrenen Fahrbahnoberfläche (Reibkoeffizient µ der Fahrbahnober fläche) geschätzt (Schritt S6).

Der momentane Schräglaufwinkel S der lenkbaren Räder 10, 10 wird berechnet, indem die Fahrzeuggeschwindigkeit v und der Lenk-Betätigungswinkel δ in eine spezielle Gleichung eingesetzt werden (Schritt S7), und die momen tane Ausbrech-Kraft und ein unter den gleichen Bedin gungen vorhandener oberer Grenzwert der Ausbrech-Kraft F₀ werden auf der Basis des berechneten Schräglaufwin kels S und des Reibkoeffizient µ berechnet. Dann wird, z. B. durch Setzen einer Abweichung zwischen den beiden Werten (F₀-F) als Referenzwert zum Detektieren eines Richtungsänderungsvorgangs, ein Korrekturkoeffizient K definiert, der mit einer Abnahme dieses Wertes zunimmt, d. h. wenn eine Annäherung an einen Ausbrech-Grenzwert erfolgt (Schritt S9), und ein korrigierter Zielwert T' für das Reaktionskraft-Drehmoment wird berechnet, indem der Korrekturkoeffizient K mit dem Zielwert T multipli ziert wird (Schritt S10). Der Reaktionskraftmotor M₂ wird gesteuert, indem ein Bewegungsbefehl entsprechend diesem korrigierten Zielwert T' an den Reaktionskraftmo tor M₂ ausgegeben wird (Schritt S11).

Gemäß Fig. 7 steigt die Ausbrech-Kraft F entsprechend dem Schräglaufwinkel S an, bis ein bestimmter Schräg laufwinkel S bei einem Veränderungsverhältnis erreicht wird, der entsprechend einem größeren oder kleineren Reibkoeffizienten µ der Fahrbahnoberfläche größer oder kleiner ist. Nachdem der bestimmte Schräglaufwinkel S erreicht worden ist, nimmt der Schräglaufwinkel S all mählich ab. Dieser Biegepunkt zur Abnahme hin ist der obere Grenzwert F₀, der den Punkt des Ausbrech-Grenzwer tes angibt, und die Bestimmung der Ausbrech-Kraft F und des oberen Grenzwertes F₀ in Schritt S8 wird durchge führt, indem die in dem Diagramm gemäß Fig. 7 darge stellten Schätzwerte für den Schräglaufwinkel S und den Reibkoeffizienten µ eingestellt werden.

Der durch die Gleichung (1) erhaltene Zielwert T für das Reaktionskraft-Drehmoment wird im Falle einer Annäherung an einen Ausbrech-Grenzwert auf einen größeren Wert kor rigiert, indem in dem Ablauf gemäß den Schritten S4 bis S9 der Vorgang der Richtungsänderung des Fahrzeugs und insbesondere der Grad der Annäherung an den Ausbrech-Grenz wert detektiert werden. Somit wird es im wesent lichen unmöglich gemacht, das Lenkrad 2 derart zu betä tigen, daß der Ausbrech-Grenzwert überschritten wird.

Der Korrekturkoeffizient K kann ein Koeffizient sein, der einhergehend mit einer Abnahme der Abweichung (F₀-F) in passender Weise ansteigt. Es ist wünschenswert, daß der Koeffizient klein ist, bis die Abweichung (F₀-F) einen bestimmten unteren Grenzwert erreicht, und der Koeffizient unmittelbar vergrößert wird, sobald der untere Grenzwert überschritten wird, so daß bei einem normalen Richtungsänderungsvorgang keine große Reak tionskraft aufgebracht wird.

Durch den vorstehend erläuterten Vorgang des Steuerns der Reaktionskraft wird das Lenkrad entsprechend einer Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit schwergängiger und entsprechend einer Abnahme der Fahrzeuggeschwindigkeit leichtgängiger, so daß sowohl eine verbesserte Stabili tät beim Geradeausfahren mit hoher Fahrzeuggeschwindig keit als auch eine Reduzierung der Lenkkraft bei niedri ger Fahrzeuggeschwindigkeit oder einem Anhalten des Fahrzeugs erzielt werden können. Durch den Ablauf gemäß den Schritten S4 bis S9 werden die Detektion des Vor gangs der Richtungsänderung des Fahrzeugs und insbeson dere die Detektion des Grades der Annäherung an den Ausbrech-Grenzwert derart durchgeführt, daß der durch die Gleichung (1) erhaltene Zielwert T für das Reak tionskraft-Drehmoment bei einer Annäherung an den Aus brech-Grenzwert auf einen höheren Wert korrigiert wird. Folglich wird das Lenkrad 2 bei einer Abnahme des Reib koeffizienten der Fahrbahnoberfläche und einer Zunahme des Richtungsänderungswinkels schwergängiger, und eine Betätigung des Lenkrades, die zu einem Überschreiten des Ausbrech-Grenzwertes führen würde, kann verhindert wer den.

Um einen Mechanismus zur Erzeugung einer Reaktionskraft zu schaffen, die der tatsächlich in dem Lenkmechanismus erzeugten Reaktionskraft entspricht, wird bei der Kraft fahrzeug-Lenkvorrichtung gemäß der Erfindung der Ziel wert für das Reaktionskraft-Drehmoment durch die Glei chung mit den folgenden Termen berechnet: dem Term des selbstausrichtenden Drehmoments, der auf der Fahrzeugge schwindigkeit und der Ist-Bewegungsposition des Lenk mechanismus basiert; dem das Drehmoment des elastischen Widerstandes angebenden Term, der der Abweichung zwi schen dem Lenk-Betätigungswinkel der Lenk-Betätigungs einrichtung und der Ist-Lenkposition des Lenkmechanismus proportional ist; und dem das Drehmoment des elastischen Widerstandes angebenden Term, der der zeitlichen Ver änderung dieser Abweichung proportional ist. Somit kann die tatsächlich in dem Lenkmechanismus erzeugte Reak tionskraft exakt imitiert werden, ohne diese Reaktions kraft in dem Lenkmechanismus zu detektieren, und es kann eine geeignete Reaktionskraft auf die mechanisch separat von dem Lenkmechanismus angeordnete Lenk-Betäti gungseinrichtung übertragen werden, um dem Fahrer an angenehmes und realistisches Lenkgefühl zu vermitteln.

Da der Vorgang der Richtungsänderung auf der Basis von Detektionswerten für den Richtungsänderungszustand, die Fahrzeuggeschwindigkeit und den Lenk-Betätigungswinkel detektiert wird und im Falle der Annäherung an einen Ausbrech-Grenzwert der Zielwert für das Reaktionskraft-Dreh moment auf einen höheren Wert korrigiert wird, kann verhindert werden, daß in Notsituationen eine übermäßige Betätigung der Lenk-Betätigungseinrichtung erfolgt.

Claims

1. Kraftfahrzeug-Lenkvorrichtung zum Steuern einer Reaktionskraft einer Lenk-Betätigungseinrichtung (2) durch Steuern eines Reaktionskraftmotors (M₂) mit einem Reaktionskraft-Drehmoment (T), das auf einem Lenk-Steuerbetrag eines mit der Lenk-Betätigungsein richtung (2) mechanisch nicht verbundenen Lenkme chanismus (1) basiert, gekennzeichnet durch eine Berechnungseinrichtung (3) zum Berechnen eines Zielwertes für das Reaktionskraft-Drehmoment auf der Basis

- eines Terms des Selbstausrichtungs-Drehmoments, der auf einem Detektionswert für die Fahrzeugge schwindigkeit und einem Detektionswert für eine Ist-Bewegungsposition des Lenkmechanismus (1) basiert,
- eines das Drehmoment des elastischen Widerstandes angebenden Terms, der der Abweichung zwischen einem Detektionswert des Lenk-Betätigungswinkels der Lenk-Betätigungseinrichtung (2) und dem Detek tionswert für die Ist-Lenkposition proportional ist, und
- eines das Drehmoment des Trägheitswiderstandes angebenden Terms, der dem zeitlich variierenden Betrag der Auslenkung proportional ist.

2. Kraftfahrzeug-Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, fer ner gekennzeichnet durch

- eine Einrichtung (3) zum Detektieren eines Rich tungsänderungsvorgangs des Fahrzeugs auf der Basis der Detektionswerte für den Richtungsänderungszu stand, die Fahrzeuggeschwindigkeit und den Lenk-Be tätigungswinkel, und
- eine Korrektureinrichtung (3) zum Korrigieren des Zielwertes des Reaktionskraft-Drehmoments auf der Basis des Detektionsergebnisses der Detektionsein richtung, um im Falle einer Annäherung an einen Ausbrech-Grenzwert den Zielwert zu erhöhen.

3. Kraftfahrzeug-Lenkvorrichtung nach Anspruch 2, da durch gekennzeichnet, daß der Richtungsänderungszu stand durch einen Gierratensensor (7) und/oder einen Lateralbeschleunigungssensor (8) detektiert wird.