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Die
Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeug-Lenkvorrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Zum
Lenken eines Fahrzeugs wird die Betätigung einer im Fahrzeuginnenraum
angeordneten Lenk-Betätigungseinrichtung
(im allgemeinen die drehende Bewegung eines Lenkrades) auf einen
außerhalb
des Fahrzeuginnenraums angeordneten Lenkmechanismus übertragen,
um lenkbare Räder (im
allgemeinen die Vorderräder)
entsprechend der Lenkbetätigung
auszurichten.
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In
der Praxis werden Fahrzeuge mit verschiedenartigen Typen von Lenkmechanismen
ausgerüstet,
z.B. Lenkmechanismen vom Typ mit Kugelumlaufspindel oder vom Typ
mit Zahnstange und Ritzel. Beispielsweise wird bei einem Lenkmechanismus
vom Typ mit Zahnstangen- und Ritzel-Antrieb die in axialen Längsrichtungen
verlaufende Verschiebung einer Zahnstange, die sich in einem Vorderbereich
einer Fahrzeugkarosserie von einer Seite zur anderen 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 (Lenksäule)
eines Lenkrades eingepaßt
ist und sich bis außerhalb
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.
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Bei
den derzeit verbreiteten Servolenkvorrichtungen ist in der Mitte
des Lenkmechanismus ein zur Unterstützung des Lenkvorgangs ausgebildeter Aktuator
vorgesehen, z.B. ein hydraulischer Zylinder oder 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.
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Da
jedoch bei derartigen herkömmlichen Lenkvorrichtungen – unabhängig davon,
ob diese eine Servolenkvorrichtung aufweisen oder nicht – das Lenkrad
und der Lenkmechanismus mechanisch miteinander verbunden sind, ist
die Stelle, an der das Lenkrad im Fahrzeuginnenraum angeordnet sein muß, weitgehend
festgelegt, so daß auch
die Ausgestaltung des Fahrzeuginnenraumes unnötigen Beschränkungen
unterliegt. Zudem sind zur Realisierung dieser Verbindung Verbindungsteile
mit großer Masse
erforderlich, die das Fahrzeuggewicht vergrößern.
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Um
diese Probleme zu beseitigen, ist im Stand der Technik eine separat
anzuordnende eigenständige
Lenkvorrichtung vorgeschlagen worden, bei dem ein als Lenk-Betätigungseinrichtung
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 Betätigungsbetrag
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 Fahrbedingungen vorgenommene
Steuerung der veränderbaren
Lenk-Einstellung
mit einem Elektromotor besonders problemlos durchgeführt werden kann.
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Die
Vorteile einer derartigen eigenständigen Lenkvorrichtung liegen
nicht nur in der Lösung
der oben ange führten
Probleme, sondern auch – aufgrund
des erweiterten Konstruktionsspielraumes – in der Möglichkeit einer freieren Konzeption
der Lenkvorrichtung, d.h. die eigenständige Lenkvorrichtung kann
sich flexibel an Veränderungen
der Lenksituation anpassen, die durch die Fahrbedingungen des Fahrzeugs
verursacht werden, z.B. höhere
oder niedrigere Fahrzeuggeschwindigkeit, größerer oder kleinerer Richtungsänderungswinkel,
oder Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Beschleunigung bzw.
Verlangsamung, und die Lenkvorrichtung ermöglicht die Verwendung einer
bedarfsgerechten Lenk-Betätigungseinrichtung,
z.B. eines Hebels, eines Handgriffs oder eines Pedals, ohne daß die gegenseitige
Entsprechung der Betätigungsstärken der Lenk-Betätigungseinrichtung
und des Lenk-Aktuators
mechanisch eingeschränkt
wäre.
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Diese
Vorrichtung hat weitere zahlreiche Vorteile, die mit den früheren Lenkvorrichtungen,
bei denen die Lenk-Betätigungseinrichtung
und der Lenkmechanismus mechanisch miteinander verbunden sind, nicht
erzielt werden können.
Ein besonderer Vorteil dieser Vorrichtung besteht 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 Vorrichtung von besonderem Nutzen in der Entwicklung
automobiler Techniken.
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Obwohl,
wie oben erläutert,
eine eigenständige
Lenkvorrichtung 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 Lenkvorgang über den Lenkmechanismus vom
Fahrer wahrgenommen werden könnte.
Um dieses Problem zu beseitigen, weist die Lenkvorrichtung herkömmlicherweise
eine mit der Lenk-Betätigungseinrichtung verbundene
Reaktionskrafterzeugungseinrichtung auf, die auf die Lenk-Betätigungseinrichtung
eine Kraft in Gegenrichtung zu der Betätigungsrichtung ausübt und – ohne den
Lenkvorgang zu beeinträchtigen – dem Fahrer
das Gefühl
vermittelt, als ob die Lenk-Betätigungseinrichtung
und der Lenkmechanismus mechanisch miteinander verbunden wären.
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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 (Reaktionskraftmotor) verwendet, insbesondere weil
mit diesem die in Abhängigkeit
von der Fahrbedingungen erfolgende Steuerung der Reaktionskraft
leicht durchführbar
ist.
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Die
den Reaktionskraftmotor aufweisende Reaktionskrafterzeugungseinrichtung überträgt über einen
geeigneten Übertragungsmechanismus,
z.B. einen Getriebemechanismus, die Ausgangskraft des Reaktionskraftmotors
(Reaktionskraft-Drehmoment) auf die Lenk-Betätigungseinrichtung. Die Steuerung der
Reaktionskraft wird durchgeführt,
indem diejenige Reaktionskraft detektiert wird, die tatsächlich auf den
Lenkmechanismus ausgeübt
wird (Ist-Reaktionskraft)
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.
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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 Reaktionskraftsensor
einen Deformationsmesser aufweisen, der an einer den Spurstangenhebel
und die Zahnstange verbindenden Spurstange befestigt ist, wobei
die auf die Spurstange einwirkende Axialkraft detektiert wird, indem
die Deformation verwendet wird. In ähnlicher Weise kann bei anderen
Typen von Lenkvorrichtungen ein Deformationsmesser, der an einem
geeigneten Teil innerhalb des Lenkmechanismus befestigt ist, die
Ist-Reaktionskraft anhand der Deformation des Befestigungsteils
detektieren.
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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 jedoch für
die Detektion von Deformation mittels eines Deformationsmessers
sehr ungünstig,
so daß der
als Ist-Reaktionskraft
berechnete Wert nicht hinreichend zuverlässig 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.
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Die
Japanische Offenlegungsschrift Nr. 4-133861 (1992)
beschreibt ein Verfahren, in dem zur Bestimmung eines Zielwertes
für ein
Reaktionskraft-Drehmoment die Betatigungsposition (der Lenk-Betätigungswinkel)
der Lenk-Betätigungseinrichtung
detektiert wird und der Lenk-Betätigungswinkel,
die Lenk-Betätigungswinkelgeschwindigkeit und
die Lenk-Betätigungswinkelbeschleunigung
mit derartigen Verstärkungsfaktoren
multipliziert werden, daß eine
Reaktionskraft erzeugt wird, deren Größe grundlegend von dem Anstieg
des Lenk-Betätigungswinkels
abhängt.
Obwohl bei diesem Verfahren die möglicherweise unzuverlässige Detektion
der Ist-Reaktionskraft nicht erforderlich ist, leidet das Verfahren unter
dem Nachteil, daß Veränderungen
der Bedingungen der Fahrbahnoberfläche, z.B. die (hohe oder niedrige)
Reibung der Fahrbahnoberfläche,
dem Fahrer nicht vermittelt werden können, da in dem Zielwert für das Reaktionskraft-Drehmoment
der Zustand des mechanisch von der Lenk-Betätigungseinrichtung getrennten
Lenkmechanismus nicht berücksichtigt
wird.
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Die
Japanische Offenlegungsschrift Nr. 7-186983 (1995)
beschreibt ein Verfahren, bei dem zwecks Erhalt eines Zielwertes
für ein
Reaktionskraft-Drehmoment ein Schräglaufwinkel (Schlupf) der lenkbaren
Räder berechnet
wird, um einen Lenkvorgang auf der Basis von Detektionswerten für den Lenk-Betätigungswinkel
und die Fahrzeuggeschwindigkeit 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 Fahrzeuggeschwindigkeit 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-Drehmoment der Zustand des Lenkmechanismus nicht
ausreichend berücksichtigt.
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Eine
Kraftfahrzeug-Lenkvorrichtung, von der der Oberbegriff des Patentanspruchs
1 ausgeht, ist beschrieben in der
DE 42 32 256 A1 . Hierbei wird das Reaktionskraft-Drehmoment
ermittelt, das auf einem Lenk-Steuerbetrag eines mit der Lenk-Betätigungseinrichtung
mechanisch nicht verbundenen Lenkmechanismus basiert. Eine Berechnungseinrichtung
berechnet einen Zielwert für
das Reaktionskraft-Drehmoment auf der Basis der Ist-Bewegungsposition des
Lenkmechanismus, die durch Lenkwinkelsensoren festgestellt wird.
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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 steuert, eine korrekte Reaktionskraft auf eine
mechanisch von dem Lenkmechanismus getrennte Lenk-Betätigungseinrichtung
aufbringt und somit ein angenehmes und realistisches Lenkgefühl vermittelt.
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Zur
Lösung
der Aufgabe wird mit der Erfindung eine Lenkvorrichtung gemäß Patentanspruch
1 vorgeschlagen.
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Die
Lenkvorrichtung gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Term des Selbstausrichtungs-Drehmoments
zusätzlich
auf einem Detektionswert für
die Fahrzeuggeschwindigkeit basiert, und dass in die Berechnung
des Zielwertes ferner die folgenden Terme einbezogen sind:
- – ein
das Drehmoment des elastischen Widerstandes angebender Term, der
der Abweichung zwischen einem Detektionswert des Lenk-Betätigungswinkels
der Lenk-Betätigungseinrichtung (2)
und dem Detektionswert für
die Ist-Lenkposition proportional ist, und
- – ein
das Drehmoment des Trägheitswiderstandes
angebender Term, der dem zeitlich variierenden Betrag der Abweichung
proportional ist.
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Was
den Mechanismus des Verlaufs der tatsächlich in dem Lenkmechanismus
erzeugten Reaktionskraft betrifft, so sind die bestimmenden Aspekte für den Verlauf
hauptsächlich
die folgenden: (1) das selbstausrichtende Drehmoment, das als Rotations-Drehmoment
um eine Achszapfen-Welle 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 Elastizität sämtlicher Bestandteile des Lenkmechanismus
einschließlich
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 Fahrzeuggeschwindigkeit und der Betätigungsposition der Lenk-Betätigungseinrichtung
(Lenk-Betätigungswinkel)
die Lenkposition des Lenkmechanismus (Lenkwinkel) detektiert, wobei
der Zielwert ein Aggregat dieser Aspekte ist.
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Die
Lenkvorrichtung gemäß der Erfindung
ist vorzugsweise versehen mit einem Richtungsänderungszustandssensor zum
Detektieren eines Richtungsänderungszustandes
des Fahrzeugs, einer Einrichtung, die einen Richtungsänderungs-Vorgang des Fahrzeugs
auf der Basis der Detektionswerte des Richtungsänderungszustandssensors, eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors
und eines Lenk-Betätigungswinkel-Sensors
detektiert, und einer Korrektureinrichtung, die den Zielwert des
Reaktionskraft-Drehmoments auf der Basis des Detektionsergebnisses
der genannten Einrichtung korrigiert, um im Falle einer Annäherung an
einen Ausbrech-Grenzwert die Reaktionskraft zu erhöhen.
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Gemäß der Erfindung
ist ein Sensor zum Detektieren des Richtungsänderungszustandes vorgesehen,
z.B. ein Gierratensensor oder ein Lateralbeschleunigungssensor.
Auf der Basis des Detektionswertes des Richtungsänderungszustandes, der Fahrzeuggeschwindigkeit
und des Lenkwinkels wird ein Richtungsänderungsvorgang des Fahrzeugs,
d.h. die Annäherung
an einen Ausbrech-Grenzwert unter Berücksichtigung des Zustandes
der Fahrbahnoberfläche,
detektiert. Bei einer Annäherung
an den Ausbrech-Grenzwert wird der auf die oben beschriebene Weise
berechnete Zielwert der auf die Lenk-Betätigungseinrichtung ausgeübten Reaktionskraft
korrigiert, indem er derart ver größert wird, daß eine übermäßige Lenkoperation
verhindert wird.
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Im
folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
anhand der Zeichnungen detailliert beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild des allgemeinen Aufbaus einer Fahrzeug-Lenkvorrichtung
gemäß der Erfindung,
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2 eine
vertikale Schnittansicht zur Darstellung der Konfiguration eines
Lenkmotors,
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3 eine
vertikale Schnittansicht der Umgebung eines Reaktionskraftmotors,
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4 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in 3,
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5 ein
Flußdiagramm
des Ablaufs der Steuerung der Reaktionskraft,
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6 ein
Schaubild zur Veranschaulichung eines Beispiels des Fahrzeuggeschwindigkeit-Verstärkungsfaktors,
und
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7 ein
Schaubild zur Veranschaulichung des Verhältnisses zwischen einem Schräglaufwinkel und
einer Fahrbahnoberflächen-Reibkoeffizienten- und
Ausbrech-Kraft.
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1 zeigt
ein Blockschaltbild des allgemeinen Aufbaus der Kraftfahrzeug-Lenkvorrichtung.
Bei der Lenkvorrichtung handelt es sich um eine eigenständige Lenkvorrichtung
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 angeordnet
ist, und einer Lenksteuereinheit 3, die den Lenkmechanismus 1 derart
steuert, da dieser entsprechend der Betätigung des Lenkrades 2 arbeitet. Die
Lenksteuereinheit 3 weist eine Einrichtung zum Berechnen
eines Zielwertes des Reaktionskraft-Drehmoments, eine Einrichtung
zur Detektion eines Richtungsänderungsvorgangs
des Fahrzeugs und eine Einrichtung zum Korrigieren des Zielwertes auf.
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Zur
Ausbildung eines Lenkmechanismus 1 sind die beiden Enden
einer Lenkwelle 11, die von einer Seite der Fahrzeugkarosserie
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.
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Zur
Durchführung
des Lenkvorgangs in der oben beschriebenen Weise ist die Lenkvorrichtung mit
einem Lenkmotor M1 versehen, der in den
Mittelbereich eines zylindrischen Gehäuses 14 integriert ist,
welches die Lenkwelle 11 derart hält, daß sie in einer axialen Langs richtung
bewegt werden kann. Das Ausrichten der lenkbaren Räder 10, 10 wird
durchgeführt,
indem die Drehung des Lenkmotors M1 in eine Verschiebung
der Lenkwelle 11 umgesetzt wird.
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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 Mittelbereich des Gehäuses 14 ausgebildet
ist und die Lenkwelle 11 derart hält, daß diese gleitbar in einer axialen
Längsrichtung bewegt
werden kann. Der Rotor 52 ist derart innerhalb des Stators 51 angeordnet,
daß seine
Außenfläche der
Innenfläche
des Stators 51 gegenüberliegt und
ein kleiner Spalt zwischen den Flächen verbleibt.
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Der
Rotor 52 ist einstückig
mit einem Rotorzylinder 53 ausgebildet, der eine zylindrische
Form aufweist und dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser
der Lenkwelle 11. Der Rotor 52 und der Rotorzylinder 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 Bewegungsbefehlssignals
ein Strom zugeführt
wird.
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An
einem Außenumfangsbereich
des Rotorzylinders 53 (dem Lagerbereich des Kugellagers 55) ist
ein Zahnrad 56 angeordnet. Das Zahnrad 56 greift mit
einem Eingangszahnrad 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 Drehwinkelsensors 15 berechnet. Die
Ausgestaltung des Drehwinkelsensors 15 ist nicht auf diese
Anordnung beschränkt;
alternativ kann der Drehwinkelsensor als elektromagnetische 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.
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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 Außenfläche eine
Spur für
eine Kugelspindel mit vorbestimmter Länge ausgebildet ist. Zur Bildung
eines Kugelspindelmechnismus wird der Kugelspindelabschnitt 59 mittels
zahlreicher Kugeln in die Kugelmutter 58 geschraubt.
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Die
Drehung der Lenkwelle 11 um ihre Achse ist durch eine Drehbeschränkungseinrichtung
eingeschränkt,
die zwischen der Lenkwelle 11 und ihrem Gehäuse 14 angeordnet
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.
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Ein
von der Lenksteuereinheit 3 ausgegebener Bewegungsbefehl
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 Spurstangenverschiebungssensor 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
lenkbaren Räder 10, 10 an
die Lenksteuereinheit 3 ausgegeben.
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Wie 1 vereinfacht
zeigt, ist der Spurstangenverschiebungssensor 16 mit einem
Detektionszylinder versehen, 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 Spurstangenverschiebungssensoren 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-Bewegungsposition des Lenkmechanismus 1 detektiert
werden muß.
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Wie 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 funktioniert. 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.
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3 zeigt
einen vertikalen Querschnitt der Umgebung des Reaktionskraftmotors
M2, und 4 zeigt
einen horizontalen Querschnitt entlang der Linie IV-IV in 3.
An einer mittleren Position des Säulenschaftes 20 ist
ein Schneckenrad 26 innerhalb einer Getriebekammer 25 koaxial
eingepaßt
und befestigt, die durch eine abschnittsweise Vergrößerung des
Durchmessers des Lenksäulengehäuses 21 gebildet
ist, und eine Schnecke 27 greift an einer geeigneten Position
am Außenumfang
des Schneckenrades 26 mit diesem zusammen. Der Reaktionskraftmotor
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.
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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-Drehmoments
wird durchgeführt,
damit während
des Lenkvorgangs die auf den Lenkmechanismus 1 einwirkende
Reaktionskraft 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 Betätigungsrichtung des Lenkrades 2 entgegengesetzte Reaktionskraft
auf das Lenkrad 2 überträgt.
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Deshalb
muß, um
den Lenkvorgang mit dem Lenkrad 2 durchzuführen, ein
Lenk-Drehmoment in Gegenrichtung zu dem durch den Reaktionskraftmotor
M2 erzeugten Reaktionskraft-Drehmoment ausgeübt werden.
Das auf das Lenkrad 2 aufgebrachte Lenk-Drehmoment wird
durch einen Drehmoment-Sensor 22 detektiert, der an einem
mittleren Bereich des Lenksäulengehäuses 21 angeordnet
ist. Der Betätigungsbetrag
des Lenkrades 2 einschließlich der Betätigungsrichtung
wird durch zwei Lenkbetätigungswinkelsensoren 23, 24 detektiert,
die an beiden Seiten des Reaktionskraftmotors M2 angeordnet sind.
Diese Detektionswerte werden als Signale zur Angabe des Betätigungszustandes
des Lenkrades 2 an die Lenksteuereinheit 3 ausgegeben.
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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 Lenkbetätigungswinkelsensoren 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 – erzeugt
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.
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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 zurückbewegt.
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.
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Der
Ist-Lenkzustand des Lenkmechanismus 1 wird als Eingangssignal
des Drehwinkelsensors 15 und des Spurstangenverschiebungssensors 16 an die
Lenksteuereinheit 3 übermittelt,
und der Betätigungszustand
des als Lenk-Betätigungseinrichtung verwendeten
Lenkrades 2 wird der Lenksteuereinheit 3 als Eingangssignal
des Drehmoment-Sensors 22 und
der Lenkbetätigungswinkelsensoren 23, 24 mitgeteilt.
Zusätzlich
zu diesen Signalen werden Ausgangssignale 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 Beschleuinigung des Fahrzeugs jeweils
in die Eingangsseite der Lenksteuereinheit 3 eingegeben.
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Die
Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren 5, 6 können z.B.
Drehgeschwindigkeitssensoren zum Detektieren der Drehgeschwindigkeit
der lenkbaren Vorder- oder Hinterräder sein, die der Fahrzeuggeschwindigkeit
entspricht. Ähnlich
wie bei dem Spurstangenverschiebungssensor 16 und den Lenkbetätigungswinkelsensoren 23, 24 sind
die Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren doppelt vorgesehen, damit einer
der Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren als Ausfallsicherungs-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 Richtungsänderungszustandes.
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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 Reaktionskraftmotor
M2, um ein Reaktionskraft-Drehmoment auf
das Lenkrad 2 auszuüben.
Der Lenkmotor M1 und der Reaktionskraftmotor
M2 werden jeweils entsprechend den Bewegungsbefehlen
der Lenksteuereinheit 3 gesteuert.
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Bei
der durch die Lenksteuereinheit 3 erfolgenden Steuerung
des Lenkmotors M1 wird aus dem Eingangssignal
von dem Lenkbetätigungswinkelsensor 23 ein
Lenk-Betätigungswinkel δ bestimmt,
der den Betätigungsbetrag
des Lenkrades 2 angibt, und dieser Lenk-Betätigungswinkel
wird entsprechend der durch die Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren 5, 6 detektierten
(hohen oder niedrigen) Fahrzeuggeschwindigkeit und der durch den
Gierratensensor 7 oder den Lateralbeschleunigungssensor 8 detektierten
Richtungsänderungszustand
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 Spurstangenverschiebungssensors 16 festgestellt;
ein Zielwert für
die Ausgangskraft des Lenkmotors M1 wird
durch eine PID-Berechnung auf der Basis der Abweichung zwischen
dem Ist-Lenkwinkel und dem Ziel-Lenkwinkel berechnet; und ein dem
Zielwert entsprechender Bewegungsbefehl wird an den Lenkmotor M1 ausgegeben.
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Bei
diesem Steuervorgang wird die entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit
und dem Richtungsänderungszustand
erfolgende Korrektur des Ziel-Lenkwinkels jeweils derart ausgeführt, daß der Ziel-Lenkwinkel
reduziert wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit und der Richtungsänderungswinkel zunehmen.
Somit kann eine bei hoher Fahrgeschwindigkeit erfolgende plötzliche
Richtungsänderungsbewegung
eingeschränkt
werden, und bei niedriger Fahrgeschwindigkeit 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 verwendet,
bei der Ausgabe des oben beschriebenen Bewegungsbefehls die Drehposition
des Lenkmotors M1 zu bestimmen, und um eine
Phasenangleichung des dem Lenkmotor M1 zugeführten Treiberstroms
vorzunehmen.
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Während der
in der beschriebenen Weise durchgeführten Steuerung des Lenkmotors
M1 steuert die Lenksteuereinheit 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.
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Bei
diesem Steuervorgang wird die während des
Lenkvorgangs in dem Lenkmechanismus 1 erzeugte tatsächliche
Reaktionskraft geschätzt,
und zwar auf der Basis des von dem Lenkbetätigungswinkelsensor 23 (oder
dem Lenkbetätigungswinkelsensor 24)
detektierten Lenk-Betätigungswinkels δ des Lenkrades 2,
der durch den Spurstangenverschiebungssensor 16 detektierten
Ist-Bewegungsposition X des Lenkmechanismus 1 (Spurstangen-Verschiebung)
und der durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 5 (oder
den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 6) detektierten Fahrzeuggeschwindigkeit
v, und anschließend
wird der Zielwert für
das Reaktionskraft-Drehmoment berechnet. Der Reaktionskraftmotor
M2 wird gesteuert durch Detektieren des
Richtungsänderungsvorgangs
des Fahrzeugs auf der Basis des Detektionswertes für den Richtungsänderungszustand,
der mittels des Gierratensensors 7 (oder den Lateralbeschleunigungssensor 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 Bewegungsbefehls
an den Reaktionskraftmotor M2 zur Einstellung
auf einen korrigierten Zielwert für das Reaktionskraft-Drehmoment.
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5 ist
ein Flußdiagramm
der Vorgangs der Steuerung der Reaktionskraft. Die Lenksteuereinheit 3 wird
in Betrieb gesetzt, wenn ein Schalter zum Starten des Motors in
die Einschaltposition bewegt wird, und erhält ein Ausgangssignal des mit
der Eingangsseite der Lenksteuereinheit 3 verbundenen Spurstangenverschiebungssensors 16 und
ein Ausgangssignal des ebenfalls mit der Eingangsseite der Lenksteuereinheit 3 verbundenen
Lenkbetätigungswinkelsensors 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
bestimmen. Dann erhält
die Lenksteuereinheit 3 ein Ausgangssignal des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 5 (oder
des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 6) (Schritt S2), um
die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit v zu bestimmen.
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Anschließend berechnet
die Lenksteuereinheit 3 den Zielwert für das Reaktionskraft-Drehmoment
T durch Einsetzen des Lenk-Betätigungswinkels δ, des Spurstangen-Verschiebung
X und der Fahrzeuggeschwindigkeit v in die folgende Gleichung (Schritt
S3). T = G(v)·X + C·(δ – nX) + I·d(δ – nX)/dt (1)
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Der
erste Term von Gleichung (1) ist ein Term für das Drehmoment zur Selbstausrichtung.
Dieser ist eine Komponente der Reaktionskraft, die auf den Lenkmechanismus 1 als
Drehmoment zur Drehung um einen Achszapfen ausgeübt wird, der als Stiftlagerachse
der Spurstangenhebel 12 dient, wobei die Komponente auf
der Bodenkontaktfläche
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 Verstärkungsfaktors
G(v), multipliziert mit der Spurstangen-Verschiebung X, die die
tatsächliche
Bewegungsposition des Lenkmechanismus 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 Verstärkungsfaktor-Diagramm
gemäß 6 veranschaulicht
werden.
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Der
zweite Term von Gleichung (1) ist ein Term des elastischen 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.) einschließlich der
die Fahrbahnoberfläche
kontaktierenden lenkbaren Räder 10, 10 erzeugt
wird, und wird als ein Wert berechnet, der der Abweichung zwischen
dem Lenk-Betätigungswinkel δ und der
Spurstangen-Verschiebung X proportional ist.
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Der
dritte Term von Gleichung (1) ist ein Term des Trägheitswiderstandes.
Dieser drückt
eine Komponente der Reaktionskraft aus, die durch den Trägheitseinfluß des Lenkmechanismus 1 erzeugt
wird, und wird als ein Wert berechnet, der einem zeitlichen Differenzwert
der Abweichung 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 zweiten und
dritten Termen repräsentiert
einen Multiplikator, um die Spurstangen-Verschiebung X in Entsprechung
zu dem Lenk-Betätigungswinkel δ zu bringen, was
dem Untersetzungsverhältnis
bei dem üblichen Lenkmechanismus
entspricht.
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Bei
der Kraftfahrzeug-Lenkvorrichtung gemäß der Erfindung wird der Zielwert
T für das
Reaktionskraft-Drehmoment, das der Reaktionskraftmotor M2 erzeugen soll, mittels der Gleichung (1)
ohne Verwendung von Detektionswerten für die Ist-Reaktionskraft in
dem Lenkmechanismus 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 Detektionswerte des Lenk-Betätigungswinkels δ, die Spurstangen-Verschiebung X und
die Fahrzeuggeschwindigkeit v eingesetzt werden, ist es praktisch nicht
erforderlich, die Lenksteuereinheit 3 kompliziert auszugestalten.
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Nach
dem Berechnen des Zielwertes T für das
Reaktionskraft-Drehmoment schätzt
die Lenksteuereinheit 3 eine virtuelle Gierrate Y, indem
sie die Fahrzeuggeschwindigkeit v und den Lenk-Betätigungswinkel δ unter Verwendung
eines Fahrzeugmodells in eine bekannte Schätzungsgleichung 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 virtuellen
Gierrate Y berechnet, und auf der Basis dieses Wertes wird der Zustand
der von dem Fahrzeug befahrenen Fahrbahnoberfläche (Reibkoeffizient μ der Fahrbahnoberfläche) geschätzt (Schritt
S6).
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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 momentane
Ausbrech-Kraft und ein unter den gleichen Bedingungen vorhandener
oberer Grenzwert der Ausbrech-Kraft F0 werden
auf der Basis des berechneten Schräglaufwinkels 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 multipliziert wird (Schritt S10). Der Reaktionskraftmotor M2 wird gesteuert, indem ein Bewegungsbefehl
entsprechend diesem korrigierten Zielwert T' an den Reaktionskraftmotor M2 ausgegeben wird (Schritt S11).
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Gemäß 7 steigt
die Ausbrech-Kraft F entsprechend dem Schräglaufwinkei S an, bis ein bestimmter
Schräglaufwinkel
S bei einem Veränderungsverhältnis erreicht
wird, der entsprechend einem größeren oder
kleineren Reibkoefizienten μ der Fahrbahnoberfläche größer oder
kleiner ist. Nachdem der bestimmte Schräglaufwinkei S erreicht worden
ist, nimmt der Schräglaufwinkei
S allmählich
ab. Dieser Biegepunkt zur Abnahme hin ist der obere Grenzwert F0, der den Punkt des Ausbrech-Grenzwertes
angibt, und die Bestimmung der Ausbrech-Kraft F und des oberen Grenzwertes
F0 in Schritt S8 wird durchgeführt, indem
die in dem Diagramm gemäß 7 dargestellten
Schätzwerte
für den
Schräglaufwinkei
S und den Reibkoeffizienten μ eingestellt
werden.
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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 korrigiert, 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-Grenzwert
detektiert werden. Somit wird es im wesentlichen unmöglich gemacht,
das Lenkrad 2 derart zu betätigen, daß der Ausbrech-Grenzwert überschritten
wird.
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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
Reaktionskraft aufgebracht wird.
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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 Stabilität beim
Geradeausfahren mit hoher Fahrzeuggeschwindigkeit als auch eine
Reduzierung der Lenkkraft bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit
oder einem Anhalten des Fahrzeugs erzielt werden können. Durch
den Ablauf gemäß den Schritten
S4 bis S9 werden die Detektion des Vorgangs der Richtungsänderung
des Fahrzeugs und insbesondere die Detektion des Grades der Ännäherung an
den Ausbrech-Grenzwert derart durchgeführt, daß der durch die Gleichung (1)
erhaltene Zielwert T für
das Reaktionskraft-Drehmoment bei einer Annäherung an den Ausbrech-Grenzwert
auf einen höheren
Wert korrigiert wird. Folglich wird das Lenkrad 2 bei einer
Abnahme des Reibkoeffizienten der Fahrbahnoberfläche und einer Zunahme des Richtungsänderungswinkels
schwergängiger,
und eine Betätigung
des Lenkrades, die zu einem Überschreiten
des Ausbrech-Grenzwertes führen
würde,
kann verhindert werden.
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Um
einen Mechanismus zur Erzeugung einer Reaktionskraft zu schaffen,
die der tatsächlich
in dem Lenkmechanismus erzeugten Reaktionskraft entspricht, wird
bei der Kraftfahrzeug-Lenkvorrichtung gemäß der Erfindung der Zielwert
für das
Reaktionskraft-Drehmoment durch die Gleichung mit den folgenden
Termen berechnet: dem Term des selbstausrichtenden-Drehmoments,
der auf der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Ist-Bewegungsposition
des Lenkmechanismus basiert; dem das Drehmoment des elastischen
Widerstandes angebenden Term, der der Abweichung zwischen dem Lenk-Betätigungswinkel
der Lenk-Betätigungseinrichtung
und der Ist-Lenkposition des Lenkmechanismus proportional ist; und
dem das Drehmoment des elastischen Widerstandes angebenden Term,
der der zeitlichen Veränderung
dieser Abweichung proportional ist. Somit kann die tatsächlich in
dem Lenkmechanismus erzeugte Reaktionskraft exakt imitiert werden,
ohne diese Reaktionskraft in dem Lenkmechanismus zu detektieren,
und es kann eine geeignete Reaktionskraft auf die mechanisch separat
von dem Lenkmechanismus angeordnete Lenk-Betätigungseinrichtung übertragen
werden, um dem Fahrer an angenehmes und realistisches Lenkgefühl zu vermitteln.
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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-Drehmoment auf einen
höheren
Wert korrigiert wird, kann verhindert werden, daß in Notsituationen eine übermäßige Betätigung der
Lenk-Betätigungseinrichtung
erfolgt.