DE19833487A1 - Elektrische Lenkvorrichtung - Google Patents
Elektrische LenkvorrichtungInfo
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- B62D5/0466—Controlling the motor for returning the steering wheel to neutral position
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein elektrische Lenkvorrichtungen
(d. h. Vorrichtungen zum Lenken mittels elektrischer Energie), die mit einem
sogenannten "Variables-Übersetzungsverhältnis-Mechanismus" ausgestattet
sind. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine verbesserte
elektrische Lenkvorrichtung mit einem Variables-Übersetzungsverhältnis-Me
chanismus, welche dazu ausgelegt ist, eine ausreichende
Rückkehrbewegung des Lenkrads in Richtung auf die mittlere oder
Geradeausposition zu zu vermitteln und welche hierbei das Gefühl von
fehlender Geschmeidigkeit, von Diskontinuität und von Reibung minimiert,
das der Fahrer beim Drehen des Lenkrads empfinden würde, ohne
vorteilhafte Lenkunterstützungseigenschaften zu opfern, und welche somit
ein verbessertes Lenkgefühl und ein stabiles Fahrzeugverhalten sowohl bei
niedriger als auch bei hoher Fahrgeschwindigkeit erreicht.
Elektrische Lenkvorrichtungen sind bekannt, welche bei Verwendung eines
Variables-Übersetzungsverhältnis-Mechanismus, beispielsweise vom
Schnecken-, Kugelmutter- oder Zahnstangentyp, dazu ausgelegt sind, ein
größeres Übersetzungsverhältnis zu bewirken, wenn das Lenkrad in oder
nahe der Geradeausposition ist und ein kleineres Übersetzungsverhältnis zu
bewirken, wenn das Lenkrad in oder nahe der Anschlagsposition ist, um ein
verstärktes Ansprechen des Fahrzeugs zu bewirken. Ebenso sind elektrische
Lenkvorrichtungen allgemein bekannt, welche einen elektrischen
Unterstützungsmotor steuern, um seine elektrische Lenkunterstützung bei
höherer Fahrzeuggeschwindigkeit zu verringern. Solche bekannten
elektrischen Lenkvorrichtungen sind dazu ausgelegt, unerwünschte
Variationen im Fahrzeugverhalten zu minimieren, indem sie die
Drehgeschwindigkeitseinstellung des Motors während eines
Rücklenkvorgangs des Fahrers in Übereinstimmung mit einem Anstieg der
Fahrzeuggeschwindigkeit verringern; dies bedeutet, daß die
Rückkehrgeschwindigkeit des Fahrzeug-Lenksystems bei langsamer Fahrt
verhältnismäßig hoch und bei schneller Fahrt verhältnismäßig niedrig
gehalten wird (langsames Ansprechen während langsamer Fahrt und
schnelles Ansprechen während schneller Fahrt).
Ferner sind die bekannten, mit einem Variables-Übersetzungsverhältnis-Me
chanismus ausgestatteten elektrischen Lenkvorrichtungen derart
konstruiert, daß sie eine Vergrößerung der Zahl von Lenkradumdrehungen
vermeiden, indem sie eine kleine Gesamtlenkübersetzung einstellen, da eine
verhältnismäßig große Gesamtlenkübersetzung zu einer erhöhten Zahl von
Lenkradumdrehungen führen würde, auch wenn dies die Lenkanstrengung
durch den Fahrer verringert.
Wegen der oben genannten Gestaltung, bei der ein größeres
Übersetzungsverhältnis (welches im folgenden der Knappheit halber auch
einfach "Übersetzung" genannt wird und auch den Fall einer Untersetzung
umfaßt) ein gestellt wird, wenn das Lenkrad in oder nahe der
Geradeausposition ist, während eine kleinere Übersetzung eingestellt wird,
wenn das Lenkrad in oder nahe der Anschlagsposition ist, d. h. daß die
Übersetzung bei Vergrößerung des Lenkwinkels verringert wird, ist der
Lenkradbewegung zusätzlich eine Betriebsgrenze gesetzt, um eine zu
schnelle Richtungsänderung der gelenkten Räder bei Geradeausfahrt zu
verhindern und gleichzeitig die Zahl der Motorumdrehungen von einem
Anschlag zum anderen zu verringern. Diese Gestaltung würde jedoch zu
folgenden Nachteilen führen:
Da erstens die Einflüsse von mechanischer Reibung, Viskosität und Trägheit des Öls etc., die in den vorgeschalteten Bereichen des Lenksystems von dem Variables-Übersetzungsverhältnis-Mechanismus aufwärts zum Lenkrad auftreten, dazu neigen, in Abhängigkeit von der gewählten Übersetzung zu variieren, würde auch die Rückkehrgeschwindigkeit des Lenkrads in Übereinstimmung mit der gewählten Übersetzung variieren, unabhängig von dem Selbstrückkehr-Drehmoment von den Fahrzeugrädern. Diese Unzulänglichkeit würde insbesondere bei langsamer Fahrt ernst sein, da das Selbstrückkehr-Drehmoment kleiner als bei schneller Fahrt ist. Zweitens ist es aufgrund von Übersetzungsveränderungen durch den Variables-Über setzungsverhältnis-Mechanismus schwierig, eine geeignete Lenkunterstützung zu vermitteln, sogar wenn eine Lenkunterstützung bei Auswärtsbewegungen (von der Mittelposition weg in Richtung auf eine Anschlagsposition zu) und bei Rückkehrbewegungen des Lenkrads angewandt wird, indem man die Ausgangsleistung des elektrischen Motors positiv einsetzt; dies bringt auf unvermeidbare Weise das Gefühl von fehlender Geschmeidigkeit, von Diskontinuität und von Reibung mit sich und führt damit zu einem verschlechterten Lenkgefühl.
Da erstens die Einflüsse von mechanischer Reibung, Viskosität und Trägheit des Öls etc., die in den vorgeschalteten Bereichen des Lenksystems von dem Variables-Übersetzungsverhältnis-Mechanismus aufwärts zum Lenkrad auftreten, dazu neigen, in Abhängigkeit von der gewählten Übersetzung zu variieren, würde auch die Rückkehrgeschwindigkeit des Lenkrads in Übereinstimmung mit der gewählten Übersetzung variieren, unabhängig von dem Selbstrückkehr-Drehmoment von den Fahrzeugrädern. Diese Unzulänglichkeit würde insbesondere bei langsamer Fahrt ernst sein, da das Selbstrückkehr-Drehmoment kleiner als bei schneller Fahrt ist. Zweitens ist es aufgrund von Übersetzungsveränderungen durch den Variables-Über setzungsverhältnis-Mechanismus schwierig, eine geeignete Lenkunterstützung zu vermitteln, sogar wenn eine Lenkunterstützung bei Auswärtsbewegungen (von der Mittelposition weg in Richtung auf eine Anschlagsposition zu) und bei Rückkehrbewegungen des Lenkrads angewandt wird, indem man die Ausgangsleistung des elektrischen Motors positiv einsetzt; dies bringt auf unvermeidbare Weise das Gefühl von fehlender Geschmeidigkeit, von Diskontinuität und von Reibung mit sich und führt damit zu einem verschlechterten Lenkgefühl.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische
Lenkvorrichtung mit einem Variables-Übersetzungsverhältnis-Mechanismus
anzugeben, die eine durchgehend geeignete Rückkehrbewegung des
Lenkrads erlaubt und ein gutes Lenkgefühl erreicht, unabhängig von
Übersetzungsveränderungen durch den Mechanismus und von Einflüssen
durch mechanische Reibung, Viskosität und Trägheit des Öls.
Die vorliegende Erfindung erfüllt die oben genannte Aufgabe durch
Bereitstellung einer elektrischen Lenkvorrichtung zur Verwendung in einem
Kraftfahrzeug, umfassend: einen Variables-Übersetzungsverhältnis-Me
chanismus zur variablen Einstellung eines Übersetzungsverhältnisses,
welches einen Schwenkwinkel gelenkter Räder des Fahrzeugs in bezug zu
einem Lenkwinkel eines Lenkrads definiert; einen Elektromotor zum
Anwenden einer elektrischen Lenkunterstützung auf ein Lenksystem des
Fahrzeugs; einen Lenkdrehmomentfühler zum Erfassen eines
Lenkdrehmoments in dem Lenksystem; eine Steuereinheit zum Einstellen
eines Ziel-Motorstroms auf der Grundlage wenigstens des durch den
Lenkdrehmomentfühler erfaßten Lenkdrehmoments; einen Motortreiber zum
Treiben des Motors auf der Grundlage des durch die Steuereinheit
eingestellten Ziel-Motorstroms, und einen Übersetzungsverhältnisdetektor
zum Erfassen des durch den Variables-Übersetzungsverhältnis-Mechanismus
eingestellten Übersetzungsverhältnisses. Die Steuereinheit stellt den Ziel-Motorstrom
auf der Grundlage des durch den
Übersetzungsverhältnisdetektor erfaßten Übersetzungsverhältnis und
zusätzlich des durch den Lenkdrehmomentfühler erfaßten Lenkdrehmoments
ein.
Mit der Gestaltung, daß der Übersetzungsdetektor eine momentan durch
den Variables-Übersetzungsverhältnis-Mechanismus eingestellte
Übersetzung erfaßt und die Steuereinheit einen Ziel-Motorstrom auf der
Grundlage eines durch den Lenkdrehmomentfühler erfaßten
Lenkdrehmoments und einer durch den Übersetzungsdetektor erfaßten
momentan eingestellten Übersetzung einstellt, kann der durch die
Steuereinheit eingestellte Ziel-Motorstrom die momentan eingestellte
Übersetzung wiedergeben, mit dem Ergebnis, daß die vorliegende Erfindung
die Betriebseigenschaften des Fahrzeug-Lenksystems immer geschmeidig
und kontinuierlich durch Ansprechen auf jede Übersetzungsveränderung
verändern kann und wirksam ein verbessertes Lenkgefühl erreicht, welches
frei von fehlender Geschmeidigkeit und von Reibung ist.
Dieses und andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus
der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
deutlich werden, in welchen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer beispielhaften Gesamtgestaltung
einer erfindungsgemäßen elektrischen Lenkvorrichtung ist;
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Detailkonstruktion eines
Motortreibers in der elektrischen Lenkvorrichtung aus Fig. 1 ist;
Fig. 3A bis 3C Blockdiagramme von verschiedenen elektrischen
Komponenten der elektrischen Lenkvorrichtung gemäß einer ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind;
Fig. 4 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Detailkonstruktion einer
Übersetzungssteuerung in der ersten Ausführungsform ist;
Fig. 5 ein Blockdiagramm verschiedener elektrischer Komponenten einer
elektrischen Lenkvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 6 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Detailkonstruktion eines
Drehmoment-Steuerabschnitts in der zweiten Ausführungsform aus Fig. 5
ist;
Fig. 7 ein Blockdiagramm mit Details eines Lenkgeschwindigkeit-Steuer
abschnitts in der zweiten Ausführungsform ist;
Fig. 8 eine Tabelle ist, die eine beispielhafte Beziehung zwischen einem
Lenkdrehmoment und einem Motordrehmoment-Steuerwert in der zweiten
Ausführungsform zeigt;
Fig. 9 eine Tabelle ist, die eine beispielhafte Beziehung zwischen der
Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Zielübersetzung in der zweiten
Ausführungsform zeigt;
Fig. 10 ein Flußdiagramm ist, das eine beispielhafte Abfolge von
Operationen zeigt, welche von einer Steuereinheit in der zweiten
Ausführungsform von Fig. 5 durchgeführt werden;
Fig. 11A bis 11C Tabellen sind, die beispielhafte Steuereigenschaften
des Drehmoment-Steuerabschnitts in der zweiten Ausführungsform zeigen;
Fig. 12A bis 12C Tabellen sind, die beispielhafte Steuereigenschaften
des Lenkgeschwindigkeit-Steuerabschnitts in der zweiten Ausführungsform
zeigen;
Fig. 13 eine Tabelle ist, die beispielhafte Drehmoment-Änderungs
richtungen im Zustand des Auswärts- und Rücklenkens zeigt; und
Fig. 14A und 14B Tabellen sind, die beispielhafte Eigenschaften der
Funktionen f1(SV) und f2(SV) aus Fig. 3 zeigen.
Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die schematisch eine
beispielhafte Gesamtanordnung einer erfindungsgemäßen elektrischen
Lenkvorrichtung zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug zeigt. Die
elektrische Lenkvorrichtung 1 umfaßt eine manuelle
Lenkkrafterzeugungseinheit 6, welche eine Lenkwelle 3 umfaßt, die integral
an einem Ende mit einem Lenkrad 2 verbunden ist und am anderen Ende
über eine Verbindungswelle 4 mit Universalgelenken 4a und 4b mit einem
Variables-Übersetzungsverhältnis-Mechanismus 5 verbunden ist, der in einer
Lenkgetriebebox angeordnet ist. Der Variables-Übersetzungsverhältnis-Me
chanismus 5 kann die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. HEI-7-257406
offenbarte Gestaltung aufweisen. Eine Zahnstangen-Lenk
vorrichtung, mit der der Variables-Übersetzungsverhältnis-Mechanismus
5 ausgestattet ist, wandelt die Drehbewegungen der Lenkwelle 3 in lineare
Hin- und Herbewegungen einer Zahnstangenwelle 7 um, die über
Spurstangen 8 mit gelenkten linken und rechten Vorderrädern 9 verbunden
ist. Als Folge eines Lenkvorgangs des Fahrers mittels des Lenkrads 2
werden somit zur Änderung der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs das linke
und das rechte Vorderrad 9 durch die manuelle Zahnstangen-Lenk
krafterzeugungseinheit 6 geschwenkt, welche dazu ausgelegt ist, eine
größere Übersetzung einzustellen, wenn das Lenkrad in oder nahe der
Geradeausposition ist und eine kleinere Übersetzung einzustellen, wenn das
Lenkrad in oder nahe der Anschlagsposition ist, wie weiter unten
beschrieben wird.
Um die Lenkanstrengung des Fahrers bei Betätigung der manuellen
Lenkkrafterzeugungseinheit 6 zu reduzieren, sind ein elektrischer
Unterstützungsmotor 10 und ein Kugelumlaufgewindemechanismus 11
koaxial zur Zahnstangenwelle 7 vorgesehen, so daß eine elektrische
Lenkunterstützung des Motors 10 über den Mechanismus 11 in auf die
Zahnstangenwelle 7 wirkenden Schub umgewandelt wird.
Die Lenkgetriebebox umfaßt ebenfalls einen Lenkdrehmomentfühler 12 zum
Erfassen des manuell ausgeübten Drehmoments, einen
Übersetzungsdetektor 13 und einen Lenkgeschwindigkeitsfühler 14 zum
Erfassen einer einer Drehgeschwindigkeit der Lenkwelle 3 entsprechenden
Lenkgeschwindigkeit, welche ein Drehmomentsignal T, ein
Übersetzungssignal G bzw. ein Lenkgeschwindigkeitssignal SV erzeugen
und einer elektronischen Steuereinheit 17 zuführen. Die erfindungsgemäße
elektrische Lenkvorrichtung umfaßt ferner einen
Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler 16 zum Erfassen einer
Fahrzeuggeschwindigkeit, welcher ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V
erzeugt und der Steuereinheit 17 zuführt.
In dem erläuterten Beispiel umfaßt der Lenkdrehmomentfühler 12 ein
Potentiometer, um die Verdrehung eines Torsionsstabs, entsprechend einer
Änderung des Betriebswinkels des Lenkrads, in Spannung umzuwandeln,
und der Übersetzungsdetektor 13 umfaßt einen mit dem variablen Zahnrad
und einem Potentiometer verbundenen Nocken. Ferner umfaßt der
Lenkgeschwindigkeitsfühler 14 einen Tachosignalgeber, wie z. B. einen
Gleichstrommotor, und der Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler 16 umfaßt eine
Kombination aus einer geschlitzten Drehscheibe und einem
optoelektronischen Koppler. Somit gibt der Lenkdrehmomentfühler 12 ein
Drehmomentsignal T aus, das einer Richtung und einem Wert des von dem
Fahrer ausgeübten Lenkdrehmoments entspricht, der Übersetzungsdetektor
13 gibt ein Übersetzungssignal G aus, das einer momentan eingestellten
Übersetzung entspricht, der Lenkgeschwindigkeitsfühler 14 gibt ein
Lenkgeschwindigkeitssignal SV aus, das einer Richtung und einer
Geschwindigkeit des Lenkvorgangs des Fahrers entspricht, und der
Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler 16 gibt ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
V aus, das einer Fahrtrichtung und -geschwindigkeit entspricht.
Die elektronische Steuereinheit 17 treibt den Motor 10 über einen
Motortreiber 18 nach dem bekannten PWM- (Pulsweitenmodulation)
Verfahren auf der Grundlage eines Motorsteuerungssignals (z. B. eines PWM-Signals)
Co, welches erhalten wird durch Verarbeitung des
Drehmomentsignals T vom Lenkdrehmomentfühler 12, des
Übersetzungssignals G vom Übersetzungsdetektor 13, des
Lenkgeschwindigkeitssignals SV vom Lenkgeschwindigkeitsfühler 14 und
des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V vom
Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler 16, um somit eine elektrische
Lenkunterstützung zu liefern, die einem momentanen Fahrzustand des
Fahrzeugs entspricht. In dem erläuterten Beispiel umfaßt der Motortreiber
18 eine Schnittstellenschaltung 18a und eine aus vier FETs gebildete
Brückenschaltung.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Detailkonstruktion des
die FET-Brückenschaltung umfassenden Motortreibers 18 zeigt, welcher ein
Motortreiberssignal Mo auf der Grundlage des Motorsteuerungssignals Co
erzeugt, welches in die Schnittstellenschaltung 18a eingegeben wird. Das
in die Schnittstellenschaltung 18a eingegebene Motorsteuerungssignal Co
umfaßt z. B. ein Richtungssignal zum Steuern der Drehrichtung des Motors
10 und ein PWM-Signal zum Steuern des Drehmoments und der Anzahl der
Umdrehungen des Motors 10. Insbesondere schaltet der Motortreiber 18
den FET Q4 durch das Richtungssignal AN und steuert das Gate von FET
Q2 durch eine relative Einschaltdauer des PWM-Signals, wenn der Motor 10
entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht werden soll, aber wenn der Motor 10
im Uhrzeigersinn gedreht werden soll, schaltet der Motortreiber 18 den FET
Q1 durch das Richtungssignal AN und steuert das Gate von FET Q3 durch
eine relative Einschaltdauer des PWM-Signals. Durch gleichzeitiges AN-Schalten
der FETs Q1 und Q4 oder Q2 und Q3 zum Kurzschließen der
positiven und negativen Eingangsanschlüsse des Motors 10 kann der Motor
10 derart gesteuert werden, daß er elektromagnetisch gebremst wird.
Ferner ist ein geringer Widerstand zwischen der FET-Brücke und dem Motor
10 angeschlossen, so daß ein durch den Motor fließender Strom und die
Betriebsbedingungen (z. B. eine Fehlfunktion der FETs und des Motors 10)
anhand des erfaßten Spannungsabfalls am Widerstand erfaßt werden
können.
Fig. 3A ist ein Blockdiagramm, das wesentliche elektrische Komponenten
der elektrischen Lenkvorrichtung gemäß einer ersten erfindungsgemäßen
Ausführungsform zeigt, welche dazu benutzt werden, das
Motorsteuerungssignal auf der Grundlage des festgestellten
Lenkdrehmoments, der festgestellten Geschwindigkeit und der festgestellten
Übersetzung auf die unten beschriebene Weise zu steuern.
Wie in Fig. 3A gezeigt, umfaßt die vorzugsweise als Mikroprozessor
ausgelegte Steuereinheit 17 einen Ziellenksignalerzeugungsabschnitt 20 und
einen Rückkopplungssteuerabschnitt 19. Der
Ziellenksignalerzeugungsabschnitt 20 ist dazu ausgelegt, einen
Drehmomentsteuerwert (d. h. einen Zieldrehmomentwert) Ct auf der
Grundlage von Absolutwerten des Drehmomentsignals T vom
Lenkdrehmomentfühler 12 und von dem Übersetzungssignal G vom
Übersetzungsfühler 13 zu erzeugen. Der Ziellenksignalerzeugungsabschnitt
20 erzeugt ebenfalls einen Drehgeschwindigkeitssteuerwert Csvf, Csvr
entsprechend dem Lenkgeschwindigkeitssignal SV vom
Lenkgeschwindigkeitsfühler 14 und dem Übersetzungssignal G. Wenn das
Lenkrad 2, wie aus den Richtungssignalen des Drehmoment- und
Lenkgeschwindigkeitssignals T und SV bestimmt wird, auswärts von der
Mittel- oder Geradeausposition weg gedreht wird (Auswärtsbewegung des
Lenkrads 2), versorgt der Ziellenksignalerzeugungsabschnitt 20 den
Rückkopplungssteuerabschnitt 19 mit einem Motorsteuerungssignal Co (Ct-Csvf).
Wenn das Lenkrad 2 andererseits, wie aus den Richtungssignalen des
Drehmoment- und Lenkgeschwindigkeitssignals T und SV bestimmt wird,
in Richtung auf die Geradeausposition zu gedreht wird (Rückkehrbewegung
des Lenkrads 2), versorgt der Ziellenksignalerzeugungsabschnitt 20 den
Rückkopplungssteuerabschnitt 19 mit einem Motorsteuerungssignal Co (Ct
+ Csvr).
Obwohl nicht speziell gezeigt, umfaßt die Steuereinheit 17 ferner einen
Analog/Digital-Wandler und einen Richtungserfassungsabschnitt, um
Digitalwerte zu erzeugen, welche den Absolutwerten des
Drehmomentsignals T vom Lenkdrehmomentfühler 12 und des
Lenkgeschwindigkeitssignals SV vom Lenkgeschwindigkeitsfühler 14
entsprechen, die als Richtungskennzeichen Dt bzw. Dsv dienen.
Der Rückkopplungssteuerabschnitt 19 umfaßt einen Addierer 19a, einen
PID- (Proportional, Integral und Differential) Steuerabschnitt 19b, einen
Richtungsumschaltabschnitt 19c und einen Filterabschnitt 19d, so daß
Strom 1 zur Veränderung des Motorsteuerungssignals Co zurückgeführt
wird, damit dieses für das Treiben des Motors 10 durch den Motortreiber
18 geeignet ist; beispielsweise wird das Motorsteuerungssignal Co dem
Motortreiber 18 zugeführt, nachdem es in ein PWM-Signal und ein
Drehrichtungssignal Dm umgewandelt worden ist.
Der Lenkzustanderfassungsabschnitt 20a erfaßt eine Auswärts- oder
Rückkehrbewegung des Lenkrads 2 auf der Grundlage des dem
Drehmomentsignal T zugeordneten Richtungskennzeichens Dt und des dem
Lenkgeschwindigkeitssignal SV zugeordneten Richtungskennzeichens Dsv.
Somit versorgt der Lenkzustanderfassungsabschnitt 20a einen
Auswahlschalter 23, welcher in einem Abschnitt nach dem
Lenkgeschwindigkeitssteuerabschnitt 21e vorgesehen ist, mit einem
Lenkzustanderfassungssignal Ss, welches einen erfaßten Zustand der
Lenkradbewegung repräsentiert, beispielsweise mit einem Hochpegel (H,
high) Lenkzustanderfassungssignal Ss für die Auswärtsbewegung des
Lenkrads und einem Niedrigpegel- (L, low) Lenkzustanderfassungssignal Ss
für die Rückkehrbewegung. Man beachte, daß eine solche Erfassung der
Auswärts- oder Rückkehrbewegung des Lenkrads 2 auf der Grundlage der
entsprechenden Vorzeichen der Richtungskennzeichen Dt und Dsv erfolgen
kann: Wenn die Vorzeichen der Kennzeichen Dt und Dsv übereinstimmen
(Dt = Dsv), kann auf eine "Auswärts"-Bewegung des Lenkrads
geschlossen werden; anderenfalls (Dt ≠ Dsv) kann auf eine "Rückkehr"-Be
wegung des Lenkrads geschlossen werden.
Der Drehmomentsteuerabschnitt 21a umfaßt einen Speicher, wie z. B. einen
ROM, mit verschiedenen vorher gespeicherten Drehmomentsteuerwerten
Ct1, die möglichen Werten des Lenkdrehmomentsignals T entsprechen, wie
in "Tabelle 1" in Fig. 8 gezeigt ist, und die durch Experimente oder
Berechnungen erhalten worden sind. Somit wählt der
Drehmomentsteuerabschnitt 21a aus den vorher in der Tabelle
gespeicherten Werten einen besonderen Drehmomentsteuerwert Ct1 aus,
der einem digitalisierten Wert des eingegebenen Drehmomentsignals T
entspricht, und gibt ihn als ein Motordrehmomentsteuerwertsignal Ct1 aus,
wie in Fig. 3B gezeigt ist. Wie in Fig. 3B ferner gezeigt ist, differenziert
der Drehmomentsteuerabschnitt 21a das Drehmomentsignal T, um einen
differenzierten Wert dT/dt zu erhalten und multipliziert den Wert dT/dt mit
dem Quadrat der Übersetzung G, um ein Motordrehmomentsteuerwertsignal
Ct2 zu erhalten, und führt eine Summe Ct der zwei Signale Ct1 und Ct2
dem Addierer 28b zu.
Der Lenkgeschwindigkeitssteuerabschnitt 21e umfaßt einen Speicher mit
verschiedenen voher gespeicherten Motordrehgeschwindigkeitssteuerwerten
Csv als Funktionen f1(SV) und f2(SV), die der Auswärtsbewegung und der
Rückkehrbewegung des Lenkrads 2 zugeordnet sind. Abhängig von einem
digitalisierten Wert des eingegebenen Lenkgeschwindigkeitssignals SV
multipliziert der Lenkgeschwindigkeitssteuerabschnitt 21e die
Motordrehgeschwindigkeitssteuerwerte f1(SV) und f2(SV) mit der
Übersetzung G, direkt oder nach geeigneter Veränderung derselben. Somit
versorgt der Lenkgeschwindigkeitssteuerabschnitt 21e in Abhängigkeit von
dem Lenkzustandserfassungssignal Ss aus dem
Lenkzustanderfassungsabschnitt 20a den nachfolgenden Auswahlschalter
23 mit einem Signal Csvf (= G.f1(SV)) oder Csvr (= -G.f2(SV)); das
bedeutet, daß das Signal Csvf bereitgestellt wird, wenn eine
Auswärtsbewegung des Lenkrads erfaßt wird, wohingegen das Signal Csvr
bereitgestellt wird, wenn eine Rückkehrbewegung des Lenkrads erfaßt wird.
Die Funktionen f1(SV) und f2(SV) haben die in den Fig. 14a bzw. 14b
gezeigten Eigenschaften.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, umfaßt eine Übersetzungssteuerung 40 des
Variables-Übersetzungsverhältnis-Mechanismus 5 einen
Zielübersetzungssignalerzeugungsabschnitt 40a, einen Addierer 40b, einen
PID-Steuerabschnitt 40c, einen Rückkopplungssteuerabschnitt 40d und
einen Motortreiberabschnitt 40e.
Der Zielübersetzungssignalerzeugungsabschnitt 40a umfaßt einen Speicher,
wie z. B. einen ROM, mit verschiedenen vorher gespeicherten
Zielübersetzungswerten Cg, die möglichen Werten der
Fahrzeuggeschwindigkeit V entsprechen, wie in "Tabelle 2" in Fig. 9
gezeigt ist, und die durch Experimente oder Berechnungen erhalten worden
sind. Somit wählt der Zielübersetzungssignalerzeugungsabschnitt 40 aus
den vorher in der Tabelle gespeicherten Werten einen besonderen
Zielübersetzungswert Cg aus, der einem digitalisierten Wert der
eingegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit V entspricht, und gibt ihn als
Übersetzungssteuersignal Cg aus, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Mit dem
Übersetzungssteuersignal Cg wird dann ein Motor 39 des Variables-Über
setzungsverhältnis-Mechanismus 5 durch den
Rückkopplungssteuerabschnitt 40d und den Motortreiberabschnitt 40e mit
Hilfe des Addierers 40b und des PID-Steuerabschnitts 40c derart gesteuert,
daß eine Abweichung zwischen dem Übersetzungssignal G und dem
Übersetzungssteuersignal Cg beseitigt wird.
Auf diese Weise erzeugt die Steuereinheit 17 ein Motorsteuerungssignal Co
durch Berechnung einer Differenz zwischen einem Drehmomentsteuerwert
Ct, welcher einen dem Quadrat des Übersetzungssignals G entsprechenden
Wert enthält, und einem Drehgeschwindigkeitssteuerwert Csv, welcher durch
Multiplikation des Lenkgeschwindigkeitsteuerwerts mit dem
Übersetzungsignal G direkt oder nach geeigneter Veränderung erhalten wird.
Mit dieser Gestaltung ist es möglich, eine Verschlechterung oder eine
fehlende Geschmeidigkeit bei der Rückkehrbewegung des Lenkrads und ein
Verzögerungsgefühl beim Durchführen der Auswärtsbewegung des Lenkrads
zu vermeiden, welche durch Veränderungen bei der mechanischen Reibung,
der Viskosität und der Trägheit von Öl aufgrund von
Übersetzungsveränderungen in Folge veränderter
Fahrzeuggeschwindigkeiten auftreten würden. Zusätzlich kann diese
Gestaltung fehlende Geschmeidigkeit und Diskontinuität beim Lenkvorgang
vermeiden und hiermit ein verbessertes Lenkgefühl erreichen.
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, welches wesentliche elektrische
Komponenten einer elektrischen Lenkvorrichtung gemäß einer zweiten
erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt, wobei gleiche Bezugszeichen
wie in Fig. 3A die gleichen Komponenten repräsentieren. Wie gezeigt, ist
die zweite Ausführungsform grundsätzlich der ersten Ausführungsform in
Fig. 3A ähnlich mit der Ausnahme, daß sie einen Lenkwinkelfühler 15
anstelle des Übersetzungsdetektors 13 der ersten Ausführungsform enthält.
In der zweiten Ausführungsform umfaßt der Lenkdrehmomentfühler 12 ein
Potentiometer, um eine Verdrehung des Torsionsstabs, entsprechend einer
Veränderung des Drehmoments am Lenkrad, in Spannung umzuwandeln,
und der Lenkgeschwindigkeitsfühler 14 umfaßt einen Gleichstrommotor, wie
z. B. einen Tachosignalgeber. Der Lenkwinkelfühler 15 und der
Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler 16 umfassen eine Kombination aus einer
geschlitzten Drehscheibe und einem optoelektronischen Koppler, und der
Motortreiber 18 umfaßt eine FET-Brückenschaltung, ähnlich der in Fig. 2
gezeigten.
In der zweiten Ausführungsform umfaßt eine elektronische Steuereinheit 27,
die der Steuereinheit 17 der ersten Ausführungsform entspricht und
vorzugsweise als Mikroprozessor ausgelegt ist, einen
Ziellenksignalerzeugungsabschnitt 28 und einen
Rückkopplungssteuerabschnitt 19. Der Ziellenksignalerzeugungsabschnitt
28 ist dazu ausgelegt, einen einem Drehmomentsignal T vom
Lenkdrehmomentfühler 12 entsprechenden Drehmomentsteuerwert Ct auf
der Grundlage des Drehmomentsignals T, eines
Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V vom Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler 16
und eines Lenkwinkelsignals D vom Lenkwinkelfühler 15 zu erzeugen. Der
Ziellenksignalerzeugungsabschnitt 28 erzeugt ebenfalls einen
Lenkgeschwindigkeitssteuerwert Csv (Csvf oder Csvr), der einem
Lenkgeschwindigkeitssignal SV vom Lenkgeschwindigkeitsfühler 14
entspricht, auf der Grundlage des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V und
des Lenkwinkelsignals D. Wenn aus den Richtungen des Drehmomentsignals
T, des Lenkwinkelsignals D und des Lenkgeschwindigkeitssignals SV eine
Auswärtsbewegung des Lenkrads 2 erfaßt wird, berechnet der
Ziellenksignalerzeugungsabschnitt 28 eine Differenz zwischen dem
Drehmomentsteuerwert Ct, der dem Drehmomentsignal T entspricht, und
dem Lenkgeschwindigkeitssteuerwert Csv, der dem
Lenkgeschwindigkeitssignal SV entspricht, und versorgt den
Rückkopplungssteuerabschnitt 19 mit der derart berechneten Differenz (Ct -
Csv) als Motorsteuerungssignal Co.
Obwohl nicht speziell gezeigt, umfaßt die Steuereinheit 27 ferner einen
Analog/Digital-Wandler und einen Richtungserfassungsabschnitt, um
digitalisierte Werte zu erzeugen, die Absolutwerten des Drehmomentsignals
T vom Lenkdrehmomentfühler 12, des Lenkwinkelsignals D vom
Lenkwinkelfühler 15 und des Lenkgeschwindigkeitssignals SV vom
Lenkgeschwindigkeitsfühler 14 entsprechen und die als
Richtungskennzeichen Dt, Dd bzw. Dsv dienen.
Ferner umfaßt der Ziellenksignalerzeugungsabschnitt 28 einen
Lenkzustandserfassungsabschnitt 20a, einen Drehmomentsteuerabschnitt
21a und einen Lenkgeschwindigkeitssteuerabschnitt 21e. Der
Drehmomentsteuerabschnitt 21a gibt einen besonderen
Drehmomentsteuerwert Ct aus, der aus den durch Experimente oder
Berechnungen erhaltenen und in einem Speicher gespeicherten Werten
ausgewählt ist. Der Lenkgeschwindigkeitssteuerabschnitt 21e multipliziert
Lenkgeschwindigkeitssteuerwerte für die Auswärts- und
Rückkehrbewegungen des Lenkrads mit dem Übersetzungssignal G, direkt
oder nach geeigneter Veränderung, um hierdurch
Lenkgeschwindigkeitssteuerwerte Csvf und Csvr zu erhalten. Als Antwort auf
ein vom Lenkzustandserfassungsabschnitt 20a ausgegebenes Signal Ss gibt
der Ziellenksignalerzeugungsabschnitt 28 somit ein Ziel-Aus
wärtsbewegungssignal (Ct-Csvf) und ein Ziel-Rückkehrbewegungssignal
(Ct + Csvr) aus.
Insbesondere erfaßt der Lenkzustandserfassungsabschnitt 20a eine Auswärts- oder
Rückkehrbewegung des Lenkrads 2 auf der Grundlage des
Richtungskennzeichens Dt, welches dem Drehmomentsignal T zugeordnet
ist (nachfolgend "Drehmomentrichtungskennzeichen"), eines
Richtungskennzeichens Dd, welches dem Lenkwinkelsignal D zugeordnet ist
(nachfolgend "Lenkwinkelrichtungskennzeichen") und des
Richtungskennzeichens Dsv, welches dem Lenkgeschwindigkeitssignal SV
zugeordnet ist (nachfolgend "Lenkgeschwindigkeitsrichtungskennzeichen"),
auf eine in einer Tabelle in Fig. 13 gezeigte Weise. Somit versorgt der
Lenkzustandserfassungsabschnitt 20a den Auswahlschalter 23 mit einem
Lenkzustandserfassungssignal Ss, welches der erfaßten Richtung der
Lenkradbewegung entspricht, beispielsweise mit einem Hochpegel- (H, high)
Lenkzustandserfassungssignal Ss für die Auswärtsbewegung und einem
Niedrigpegel- (L, low) Lenkzustandserfassungssignal Ss für die
Rückkehrbewegung.
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, welches Details des
Drehmomentsteuerabschnitts 21a zeigt, umfassend einen auf die
Fahrzeuggeschwindigkeit ansprechenden
Zieldrehmomenterzeugungsabschnitt 21a1, einen auf die
Fahrzeuggeschwindigkeit und den Lenkwinkel ansprechenden
Zieldrehmomenterzeugungsabschnitt 21a2, einen
Übersetzungsberechnungabschnitt 21a3, einen Echtzeit-Über
setzungsveränderungsabschnitt 21a4 und einen Addiererabschnitt 26,
um einen Drehmomentsteuerwert Ct zu berechnen.
Insbesondere umfaßt der auf die Fahrzeuggeschwindigkeit ansprechende
Zieldrehmomenterzeugungsabschnitt 21a1 einen Speicher, wie z. B. einen
ROM, mit verschiedenen vorher gespeicherten
Motordrehmomentsteuerwerten Ct1, die möglichen Werten des
Drehmomentsignals T und der Fahrzeuggeschwindigkeit V entsprechen, wie
in "Tabelle A" in Fig. 11A gezeigt ist, und die durch Experimente oder
Berechnungen erhalten worden sind. Somit wählt dieser auf die
Fahrzeuggeschwindigkeit ansprechende
Zieldrehmomenterzeugungsabschnitt 21a1 aus den vorher in der Tabelle
gespeicherten Werten einen besonderen Motordrehmomentsteuerwert Ct1
aus, der den digitalisierten Werten des eingegebenen Drehmomentsignals
T und des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V entspricht, und gibt ihn aus.
Gemäß Tabelle A in Fig. 11A wird sich die die
Motordrehmomentsteuerwerte Ct1 repräsentierende Kurve bei Erhöhung der
Fahrzeuggeschwindigkeit V in Pfeilrichtung zu einer anderen Kurve
verschieben.
Der auf die Fahrzeuggeschwindigkeit und den Lenkwinkel ansprechende
Zieldrehmomenterzeugungsabschnitt 21a2 umfaßt einen Speicher, wie z. B.
einen ROM, mit verschiedenen vorher gespeicherten
Motordrehmomentsteuerwerten Ct3, welche möglichen Werten (Vorzeichen)
des Lenkwinkelrichtungskennzeichens Dd, des Absolutwerts des
Lenkwinkels Cd und der Fahrzeuggeschwindigkeit V entsprechen, wie in
"Tabelle B" in Fig. 11B gezeigt ist, und welche durch Experimente oder
Berechnungen erhalten worden sind. Somit wählt dieser auf die
Fahrzeuggeschwindigkeit und den Lenkwinkel ansprechende
Zieldrehmomenterzeugungsabschnitt 21a2 aus den vorher in der Tabelle
gespeicherten Werten einen besonderen Motordrehmomentsteuerwert Ct3
aus, der den digitalisierten Werten des eingegebenen Lenkwinkelsignals D
und des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V entspricht, und gibt ihn aus.
Gemäß Tabelle B in Fig. 11B wird sich die die
Motordrehmomentsteuerwerte Ct3 repräsentierende Kurve bei Erhöhung der
Fahrzeuggeschwindigkeit V in Pfeilrichtung zu einer anderen Kurve
verschieben.
Der Übersetzungsberechnungsabschnitt 21a3 umfaßt einen Speicher, wie
z. B. einen ROM, mit verschiedenen vorher gespeicherten Übersetzungen G,
welche möglichen Werten des Lenkwinkelsignals D und der
Fahrzeuggeschwindigkeit V entsprechen, wie in "Tabelle C" in Fig. 11C
gezeigt ist, und die durch Experimente oder Berechnungen erhalten worden
sind. Somit berechnet dieser Übersetzungsberechnungsabschnitt 21a3 auf
der Grundlage des durch jeweilige Fühler eingegebenen Lenkwinkelsignals
D und Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V eine Übersetzung G, welche als
Antwort auf Änderungen des Lenkwinkels und der Fahrzeuggeschwindigkeit
fortlaufend variiert. Gemäß Tabelle C in Fig. 11C wird sich die die
Übersetzungen G repräsentierende Kurve bei Erhöhung der
Fahrzeuggeschwindigkeit V in Pfeilrichtung zu einer anderen Kurve
verschieben.
Der Echtzeit-Übersetzungsveränderungsabschnitt 21a4 differenziert das vom
Lenkdrehmomentfühler 12 erhaltene Drehmomentsignal T und multipliziert
dann den differenzierten Wert (dT/dt) mit einem Koeffizienten "K" und mit
dem Quadrat der durch den Übersetzungsberechnungsabschnitt 21a3
berechneten Übersetzung G, um hierdurch eine veränderte Übersetzung
"KG2dT/dt" auszugeben.
Der Addierer 26 addiert den Motordrehmomentsteuerwert Ct1 und die
veränderte Übersetzung "KG2dT/dt", welche seinem Plus- (+) Eingang
zugeführt werden, und den Motordrehmomentsteuerwert Ct3, welcher
seinem Minus- (-) Eingang zugeführt wird, um somit einen
Motordrehmomentsteuerwert Ct zu erhalten; dies bedeutet, daß der
Motordrehmomentsteuerwert Ct durch den Addierer 26 ausgegeben wird,
indem er eine Differenz zwischen einer Summe aus dem
Motordrehmomentsteuerwert Ct1 und der veränderten Übersetzung
"KG2dT/dt" und dem Motordrehmomentsteuerwert Ct3 berechnet.
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm, welches Details des
Lenkgeschwindigkeitssteuerabschnitts 21e zeigt, umfassend einen
Auswärtslenkgeschwindigkeitssteuerabschnitt 21e1, einen
Rücklenkgeschwindigkeitssteuerabschnitt 21e2, einen
Übersetzungsberechnungsabschnitt 21e3, einen
Auswärtsbewegungberechnungsabschnitt 21e4 und einen
Rückbewegungsberechnungsabschnitt 21e5.
Auf der Grundlage der Signale D, SV und V vom Lenkwinkelfühler 15, vom
Lenkgeschwindigkeitsfühler 14 und vom Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler 16
liest der Lenkgeschwindigkeitssteuerabschnitt 21e selektiv einen
entsprechenden Auswärtslenkgeschwindigkeitssteuerwert,
Rücklenkgeschwindigkeitssteuerwert und eine Übersetzung aus jeweiligen
Tabellen aus und multipliziert die Auswärts- und
Rücklenkgeschwindigkeitswerte mit dem Übersetzungssignal G, direkt oder
nach geeigneter Veränderung desselben, um somit
Lenkgeschwindigkeitssteuerwerte Csvf und Csvr zu bestimmen.
Der Auswärtslenkgeschwindigkeitssteuerabschnitt 21e1 umfaßt einen
Speicher, wie z. B. einen ROM, mit verschiedenen vorher gespeicherten
Auswärtslenkgeschwindigkeitssteuerwerten Cf, welche möglichen Werten
des Lenkgeschwindigkeitssignals SV und der Fahrzeuggeschwindigkeit V
entsprechen, wie in "Tabelle F" in Fig. 12C gezeigt ist, und die durch
Experimente oder Berechnungen erhalten worden sind. Somit wählt dieser
Auswärtslenkgeschwindigkeitsteuerabschnitt 21e1 aus den vorher in der
Tabelle gespeicherten Werten einen besonderen
Auswärtslenkgeschwindigkeitssteuerwert Cf aus, der dem eingegebenen
Lenkgeschwindigkeitssignal SV und Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V
entspricht, und gibt ihn aus. Gemäß Tabelle F in Fig. 12C wird sich die die
Auswärtslenkgeschwindigkeitssteuerwerte Cf repräsentierende Kurve bei
Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit V in Pfeilrichtung zu einer anderen
Kurve verschieben.
In ähnlicher Weise umfaßt der Rücklenkgeschwindigkeitssteuerabschnitt
21e2 einen Speicher, wie z. B. einen ROM, mit verschiedenen vorher
gespeicherten Rücklenkgeschwindigkeitssteuerwerten Cr, welche möglichen
Werten des Lenkgeschwindigkeitssignals SV und der
Fahrzeuggeschwindigkeit V entsprechen, wie in "Tabelle E" in Fig. 12B
gezeigt ist, und die durch Experimente oder Berechnungen erhalten worden
sind. Somit wählt dieser Rücklenkgeschwindigkeitssteuerabschnitt 21e2 aus
den vorher in der Tabelle gespeicherten Werten einen besonderen
Rücklenkgeschwindigkeitssteuerwert Cr aus, welcher dem eingegebenen
Lenkgeschwindigkeitssignal SV und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
V entspricht, und gibt ihn aus. Gemäß Tabelle E in Fig. 12B wird sich die
die Rücklenkgeschwindigkeitssteuerwerte Cr repräsentierende Kurve bei
Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit V in Pfeilrichtung zu einer anderen
Kurve verschieben.
Der Übersetzungsberechnungabschnitt 21e3 umfaßt einen Speicher, wie
z. B. einen ROM, mit verschiedenen vorher gespeicherten Übersetzungen G,
welche möglichen Werten des Lenkwinkelsignals D und der
Fahrzeuggeschwindigkeit V entsprechen, wie in "Tabelle D" in Fig. 12A
gezeigt ist, und welche durch Experimente oder Berechnungen erhalten
worden sind. Somit wählt dieser Übersetzungsberechnungsabschnitt 21e3
aus den vorher in der Tabelle gespeicherten Werten eine besondere
Übersetzung G aus, welche dem eingegebenen Lenkwinkelsignal D und dem
Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V entspricht, und gibt ihn aus. Gemäß
Tabelle D in Fig. 12A wird sich die die Übersetzungen G repräsentierende
Kurve bei Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit V in Pfeilrichtung zu einer
anderen Kurve verschieben.
Der Auswärtsbewegungsberechnungsabschnitt 21e4 multipliziert den
Auswärtslenkgeschwindigkeitssteuerwert Cf vom
Auswärtslenkgeschwindigkeitssteuerabschnitt 21e1 mit der Übersetzung G
vom Übersetzungsberechnungsabschnitt 21e3, direkt oder nach einer
geeigneten Veränderung derselben, um somit einen
Auswärtslenkgeschwindigkeitssteuerwert Csvf (= G.Cf) zu bestimmen.
In ähnlicher Weise multipliziert der Rückbewegungsberechnungsabschnitt
21e5 den Rücklenkgeschwindigkeitssteuerwert Cr vom
Rücklenkgeschwindigkeitssteuerabschnitt 21e2 mit der Übersetzung G vom
Übersetzungsberechnungsabschnitt 21e3, direkt oder nach einer geeigneten
Veränderung derselben, um somit einen
Rücklenkgeschwindigkeitssteuerwert Csvr (= -G.Cr) zu bestimmen.
Der Auswahlschalter 23 mit Software-gesteuerter Schaltfunktion wählt den
Auswärtslenkgeschwindigkeitssteuerwert Csvf aus, wenn das vom
Lenkzustandserfassungsabschnitt 20a zugeführte
Lenkzustandserfassungssignal Ss auf dem H-Pegel liegt, wodurch eine
Auswärtsbewegung des Lenkrads angezeigt ist, aber wählt den
Rücklenkgeschwindigkeitssteuerwert Csvr aus, wenn das
Lenkzustandserfassungssignal Ss auf dem L-Pegel liegt, wodurch eine
Rückkehrbewegung des Lenkrads angezeigt ist. Der somit ausgewählte
Auswärts- oder Rücklenkgeschwindigkeitssteuerwert Csvf oder Csvr wird dem
Addierer 28b in Fig. 5 zugeführt. Der Addierer 28b subtrahiert den
Auswärts- oder Rücklenkgeschwindigkeitssteuerwert Csv, der als Folge des
Lenkzustandserfassungssignals Ss vom Lenkzustandserfassungsabschnitt
20a ausgewählt ist, vom Motordrehmomentsteuerwert Ct, der vom
Drehmomentsteuerabschnitt 21a gegeben ist, um somit ein
Motorsteuerungssignal Co zu erhalten, welches dann dem
Rückkopplungssteuerabschnitt 19 zugeführt wird.
Der Rückkopplungssteuerabschnitt 19 umfaßt einen Addierer, einen
PID- (Proportional, Integral und Differential) Steuerabschnitt, einen
Richtungsumschaltabschnitt und einen Filterabschnitt ähnlich den in Fig.
3 gezeigten, um einen Strom 1 zurückzuführen, so daß das
Motorsteuerungssignal Co derart verändert wird, daß es für das Treiben des
Motors 10 durch den Motortreiber 18 geeignet ist; das
Motorsteuerungssignal Co wird beispielsweise dem Motortreiber 18 nach
Umwandlung in ein PWM-Signal und ein Drehrichtungssignal DM zugeführt.
Der Motortreiber 18 umfaßt eine FET-Brückenschaltung, wie in Fig. 2
gezeigt, welche ein Motortreiberssignal Mo auf der Grundlage des PWM-Signals
und des Drehrichtungssignals DM erzeugt und das Signal Mo an den
Motor 10 ausgibt.
Die Gestaltung der Steuereinheit 27 in Fig. 5 läßt sich wie folgt
zusammenfassen: Der Drehmomentsteuerabschnitt 21a gibt einen
Zielmotordrehmomentwert Ct aus durch Berechnung eines
Motordrehmomentsteuerwerts Ct1, der dem eingegebenen
Drehmomentsignal T und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V entspricht,
durch Berechnung eines Motordrehmomentsteuerwerts Ct3, der dem
eingegebenen Lenkwinkelsignal D und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
V entspricht, und durch Berechnung einer veränderten Übersetzung
"KG2dT/dt", welche durch Multiplikation eines differenzierten Werts (dT/dt)
des Drehmomentsignals T mit einem Koeffizienten "K" und dem Quadrat der
Übersetzung G erhalten wird. Ferner wählt der
Lenkgeschwindigkeitssteuerabschnitt 21e einen Auswärts- oder
Rücklenkgeschwindigkeitssteuerwert Cf oder Cr aus, der dem eingegebenen
Lenkgeschwindigkeitssignal SV und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
V entspricht, multipliziert den ausgewählten
Lenkgeschwindigkeitssteuerwert Cf oder Cr mit der momentan eingestellten
Übersetzung G, und subtrahiert das multiplizierte Ergebnis Csv vom Ziel-Motor
drehmomentwert Ct. Mit dieser Gestaltung wird sogar für eine große
Übersetzung eine große Veränderung bewirkt und der Wert (Ct-G.Cf)
oder (Ct + G.Cf) wird bei einer Auswärts- bzw. Rückkehrbewegung
ausgegeben, so daß unabhängig von der Übersetzung und der
Lenkgeschwindigkeit ein stabiles Ziel-Motorsteuerungssignal Co fortwährend
an den Rückkopplungssteuerabschnitt 19 ausgegeben wird, um den Motor
10 auf stabile Weise zu treiben. Man beachte, daß die zweite
Ausführungsform ebenfalls eine Übersetzungssteuerung 40 umfaßt, ähnlich
der in Fig. 4 gezeigten.
Fig. 13 ist eine Tabelle, die verschiedene
Drehmomentveränderungsrichtungen zeigt, entsprechend verschiedenen
Kombinationen von Lenkwinkelrichtungskennzeichenwerten oder
-vorzeichen ("+" und "-") Dd, Drehmomentrichtungskennzeichenwerten
("+" und "-") Dt und Lenkgeschwindigkeitsrichtungskennzeichenwerten
Dsv ("+" und "-"), wobei der Steuermodus A eine Auswärtsbewegung des
Lenkrads repräsentiert, während die Steuermodi B und C eine
Rückkehrbewegung des Lenkrads repräsentieren. Man beachte ebenfalls,
daß das Vorzeichen "+" die Uhrzeigerrichtung repräsentiert, während das
Vorzeichen "-" die entgegengesetzte Richtung repräsentiert.
Wenn beispielsweise der Lenkzustandserfassungsabschnitt 20a die
Uhrzeigerrichtung "+" erfaßt und wenn das
Lenkwinkelrichtungskennzeichen Dd "+" ist, das
Drehmomentrichtungskennzeichen Dt "+" ist und das
Lenkgeschwindigkeitsrichtungskennzeichen Dsv "+/-" ist, ist die
Drehmomentveränderungsrichtung "-", was eine Auswärtsbewegung des
Lenkrads repräsentiert. Dann wird in dem eine Auswärtsbewegung
repräsentierenden Steuermodus A der Drehmomentveränderungwert (Ct-Csvf)
ausgegeben. Wenn das Lenkwinkelrichtungskennzeichen Dd "+" ist,
das Drehmomentrichtungskennzeichen Dt "-" ist und das
Lenkgeschwindigkeitsrichtungskennzeichen Dsv "+" ist, ist die
Drehmomentveränderungsrichtung "+", was eine leichte
Rückkehrbewegung repräsentiert. Dann wird in dem eine leichte
Rückkehrbewegung repräsentierenden Modus C der
Drehmomentveränderungswert (Ct + Csvr) ausgegeben. Wenn ferner das
Lenkwinkelrichtungskennzeichen Dd "+" ist, das
Drehmomentrichtungskennzeichen Dt "-" ist und das
Lenkgeschwindigkeitsrichtungskennzeichen Dsv "-" ist, ist die
Drehmomentveränderungsrichtung "-", was eine Rückkehrbewegung des
Lenkrads repräsentiert. Dann wird in dem eine Rückkehrbewegung
repräsentierenden Steuermodus B der Drehmomentveränderungswert (Ct-Csvf)
ausgegeben.
Wenn ferner der Lenkzustandserfassungsabschnitt 20a die dem
Uhrzeigersinn entgegengesetzte Richtung "-" erfaßt und wenn das
Lenkwinkelrichtungskennzeichen Dd "-" ist und das
Drehmomentrichtungskennzeichen Dt, das
Lenkgeschwindigkeitsrichtungskennzeichen Dsv und die
Drehmomentveränderungsrichtung alle die zu den oben genannten
Zuständen entgegengesetzten Zustände einnehmen, tritt keine Änderung im
Steuermodus auf.
Fig. 10 ist ein Flußdiagramm, das eine beispielhafte Folge von
Bearbeitungsschritten zeigt, die von der elektronischen Steuereinheit 27 in
der zweiten Ausführungsform in Fig. 5 durchgeführt werden.
In Folge eines AN-Schaltens eines Zündschalters (nicht gezeigt) des
Fahrzeugs wird die Steuereinheit 27 im Schritt P0 aktiviert. Im Schritt P1
sendet die Steuereinheit 27 zuerst ein Steuersignal, wie z. B. ein Einschalt-Rück
stellsignal, an die verschiedenen Komponenten der elektrischen
Lenkvorrichtung, um die notwendige Initialisierung derselben zu bewirken.
Im nächsten Schritt P2 liest die Steuereinheit 27 dann ein
Drehmomentsignal T ein, welches eine Größe und Richtung des vom
Lenkdrehmomentfühler 12 erfaßten Drehmoments anzeigt, und registriert
eine Absolutgröße und Richtung des erfaßten Drehmoments im folgenden
Schritt P3; insbesondere wird die Richtung als Kennzeichen Dt festgesetzt.
Anschließend liest die Steuereinheit 27 im Schritt P4 ein Lenkwinkelsignal
D ein, welches einen vom Lenkwinkelfühler 15 erfaßten Lenkwinkel und
-richtung anzeigt, und registriert im folgenden Schritt PS einen Absolutwert
des erfaßten Lenkwinkels und seine Richtung; insbesondere wird die
Richtung als Lenkwinkelrichtungskennzeichen Dd festgesetzt. Danach liest
die Steuereinheit 27 im Schritt P6 ein Lenkgeschwindigkeitssignal SV ein,
welches eine vom Lenkgeschwindigkeitsfühler 14 erfaßte
Lenkgeschwindigkeit und -richtung anzeigt, und registriert im folgenden
Schritt P7 einen Größenwert der erfaßten Lenkgeschwindigkeit und ihre
Richtung; insbesondere wird die Richtung als
Lenkwinkelrichtungskennzeichen Dsv festgesetzt. Ferner liest die
Steuereinheit 27 im Schritt P8 ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V ein,
welches eine vom Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler 16 erfaßte
Fahrzeuggeschwindigkeit und -richtung anzeigt, und registriert im folgenden
Schritt P9 einen Größenwert der erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeit und ihre
Richtung; insbesondere wird die Richtung als
Fahrzeuggeschwindigkeitsrichtungskennzeichen Dv festgesetzt.
Dann wird im Schritt P10 ein besonderer Motordrehmomentsteuerwert Ct1
von der Adresse T der Tabelle A ausgelesen, welche im Speicher des
Drehmomentsteuerabschnitts 21a vorgesehen ist und welche verschiedene
vorher gespeicherte Motordrehmomentsteuerwerte Ct1 enthält, die
verschiedenen möglichen Werten des Drehmomentsignals T und des
Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V entsprechen, wie in Fig. 11A gezeigt
ist. Im nächsten Schritt P11 wird ein besonderer
Motordrehmomentsteuerwert Ct3 von der Adresse D der Tabelle B
ausgelesen, welche im Speicher des Drehmomentsteuerabschnitts 21a
vorgesehen ist und welche verschiedene vorher gespeicherte
Motordrehmomentsteuerwerte Ct3 enthält, die verschiedenen möglichen
Lenkwinkelrichtungswerten Dd, Absolutwerten des Lenkwinkels Cd und
Werten des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V entsprechen, wie in Fig.
11B gezeigt ist. Ferner wird im Schritt P12 eine besondere Übersetzung G
von der Adresse D der Tabelle C ausgelesen, welche im Speicher des
Drehmomentsteuerabschnitts 21a vorgesehen ist und welche verschiedene
vorher gespeicherte Übersetzungen G enthält, die verschiedenen möglichen
Werten des Lenkwinkelsignals D und des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals
V entsprechen, wie in Fig. 11C gezeigt ist.
Anschließend wird im Schritt P13 ein differenzierter Wert (dT/dt) des
Drehmomentsignals T mit einem Koeffizienten "K" und dem Quadrat der im
Schritt P12 erhaltenen Übersetzung G multipliziert, um eine veränderte
Übersetzung "KG2dT/dt" bereitzustellen, welche zu einer Differenz zwischen
den in den Schritten P10 und P11 erhaltenen
Motordrehmomentsteuerwerten Ct1 und Ct3 addiert wird. Das Ergebnis
"Ct1-Ct3 + KG2dT/dt" wird als Ziel-Motordrehmomentwert Ct ausgegeben.
Im Schritt P14 vergleicht der Lenkzustandserfassungsabschnitt 20a in der
Steuereinheit 27 das Lenkwinkelrichtungskennzeichen Dd und das
Drehmomentrichtungskennzeichen Dt. Dann wird über einen
Umschaltvorgang am Auswahlschalter 23 als Antwort auf ein vom
Lenkzustanderfassungsabschnitt 20a ausgegebenes
Lenkzustanderfassungssignal Ss ein unterschiedlicher Satz von Operationen
ausgeführt, die davon abhängen, ob das Lenkwinkelrichtungskennzeichen
Dd und das Drehmomentrichtungskennzeichen Dt übereinstimmen (Dd =
Dt) oder nicht (Dd ≠ Dt). Wenn nämlich die Richtungskennzeichen Dd und
Dt übereinstimmen (Dd = Dt), dann urteilt die Steuereinheit 27, daß ein
Auswärtslenkvorgang aufgetreten ist, und geht zu Schritt P16 weiter,
wohingegen die Steuereinheit 27 für eine weitere Bestimmung des
Lenkvorgangs des Lenksystems zu einem Schritt P15 verzweigt, wenn die
Richtungskennzeichen Dd und Dt nicht übereinstimmen (Dd ≠ Dt).
Im Schritt P15 vergleicht der Lenkzustandserfassungsabschnitt 20a in der
Steuereinheit 27 nämlich das Drehmomentrichtungskennzeichen Dt und das
Lenkgeschwindigkeitsrichtungskennzeichen Dsv. Über einen
Umschaltvorgang am Auswahlschalter 23 wird dann als Antwort auf das
Lenkzustanderfassungssignal Ss ein unterschiedlicher Satz von Operationen
ausgeführt, die davon abhängen, ob das Drehmomentrichtungskennzeichen
Dt und das Lenkgeschwindigkeitsrichtungskennzeichen Dsv übereinstimmen
(Dt = Dsv) oder nicht (Dt ≠ Dsv). Wenn nämlich die Richtungskennzeichen
Dt und Dsv übereinstimmen (Dt = Dsv), urteilt die Steuereinheit 27, daß ein
Rücklenkvorgang aufgetreten ist und geht zu Schritt P16 weiter,
wohingegen die Steuereinheit 27 urteilt, daß ein leichter Rücklenkvorgang
aufgetreten ist und zu Schritt P20 verzweigt, wenn die
Richtungskennzeichen Dt und Dsv nicht übereinstimmen (Dt ≠ Dsv).
Im Schritt P16 wird ein besonderer
Auswärtslenkgeschwindigkeitssteuerwert Cf aus der Adresse SV der Tabelle
F ausgelesen, welche im Speicher des
Lenkgeschwindigkeitssteuerabschnitts 21e vorgesehen ist und welche
verschiedene vorher gespeicherte
Auswärtslenkgeschwindigkeitssteuerwerte Cf enthält, die verschiedenen
möglichen Werten des Lenkgeschwindigkeitssignals SV und des
Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V entsprechen, wie in Fig. 12C gezeigt
ist. Im nächsten Schritt P17 wird eine besondere Übersetzung G aus der
Adresse D der Tabelle D ausgelesen, welche im Speicher des
Lenkgeschwindigkeitssteuerabschnitts 21e vorgesehen ist und welche
verschiedene vorher gespeicherte Übersetzungen G enthält, die
verschiedenen möglichen Werten des Lenkwinkelsignals D und des
Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V entsprechen, wie in Fig. 12A gezeigt
ist.
In dem auf Schritt P17 folgenden Schritt P18 wird der ausgelesene
Auswärtslenkgeschwindigkeitssteuerwert Cf mit der ausgelesenen
Übersetzung G multipliziert und das Multiplikationsergebnis (Cf.G) als ein
Lenkgeschwindigkeitssteuerwert Csv ausgegeben. Dann wird ein Wert, der
durch Subtraktion des im Schritt P18 erhaltenen
Lenkgeschwindigkeitssteuerwerts Csv von dem im Schritt P13 erhaltenen
Ziel-Motordrehmomentwert Ct berechnet ist (d. h. Ct-Csv), als ein Ziel-Motor
steuerungssignal Co ausgegeben.
Andererseits wird in dem auf die negative (NEIN) Feststellung im Schritt P15
folgenden Schritt P20 ein besonderer Rücklenkgeschwindigkeitssteuerwert
Cr aus der Adresse SV der Tabelle E ausgelesen, welche im Speicher des
Lenkgeschwindigkeitssteuerabschnitts 21e vorgesehen ist und welche
verschiedene vorher gespeicherte Rücklenkgeschwindigkeitssteuerwerte Cr
enthält, die verschiedenen möglichen Werten des
Lenkgeschwindigkeitssignals SV und des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals
V entsprechen, wie in Fig. 12B gezeigt ist. Im nächsten Schritt P21 wird
eine besondere Übersetzung G aus der Adresse D der Tabelle D ausgelesen,
welche im Speicher des Lenkgeschwindigkeitssteuerabschnitts 21e
vorgesehen ist und welche verschiedene vorher gespeicherte Übersetzungen
G enthält, die verschiedenen möglichen Werten des Lenkwinkelsignals D
und des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V entsprechen, wie in Fig. 12A
gezeigt ist.
In dem auf Schritt P21 folgenden Schritt P22 wird der ausgelesene
Rücklenkgeschwindigkeitssteuerwert Cr mit der ausgelesenen Übersetzung
G multipliziert und das Multiplikationsergebnis (Cr.G) als ein
Lenkgeschwindigkeitssteuerwert Csv ausgegeben. Dann wird ein Wert, der
durch Addition des in Schritt P13 erhaltenen Ziel-Motordrehmomentwerts
Ct und des in Schritt P22 erhaltenen Lenkgeschwindigkeitsteuerwerts Csv
berechnet ist (d. h. Ct + Csv), als ein Ziel-Motorsteuerungssignal Co
ausgegeben.
Gemäß der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform umfaßt der
Lenkgeschwindigkeitsfühler 14 einen Tachosignalgeber, wie z. B. einen
Gleichstrommotor, zur Erfassung einer Drehgeschwindigkeit der Lenkwelle
3; die Drehgeschwindigkeit der Lenkwelle 3 kann alternativ unter
Verwendung des Motors 10 berechnet werden. Ferner kann der oben
beschriebene Variables-Übersetzungsverhältnis-Mechanismus die in der
japanischen Patentschrift Nr. HEI-4-9708 offenbarte Konstruktion
aufweisen.
Zusammengefaßt ist die elektrische Lenkvorrichtung hauptsächlich dadurch
gekennzeichnet, daß sie einen Übersetzungsdetektor zum Erfassen einer
momentan in dem Variables-Übersetzungsverhältnis-Mechanismus
eingestellten Übersetzung umfaßt und daß die Steuereinheit einen Ziel-Motor
strom auf der Grundlage des durch den Lenkdrehmomentfühler
erfaßten Lenkdrehmoments und der durch den Übersetzungsdetektor
erfaßten momentan eingestellten Übersetzung einstellt. Da auf diese Weise
ein Ziel-Motorstrom eingestellt wird, der die vom Übersetzungsdetektor
erfaßte momentan eingestellte Übersetzung wiedergibt, kann die vorliegende
Erfindung die Betriebseigenschaften des Lenksystems als Antwort auf jede
Übersetzungsveränderung stets geschmeidig verändern, und damit ein von
fehlender Geschmeidigkeit freies, verbessertes Lenkgefühl erreichen.
Die Erfindung läßt sich wie folgt zusammenfassen:
Ein Variables-Übersetzungsverhältnis-Mechanismus (5) stellt variabel ein Übersetzungsverhältnis ein, welches einen Schwenkwinkel gelenkter Räder des Fahrzeugs in bezug zu einem Lenkwinkel eines Lenkrads (2) des Fahrzeugs definiert. Ein Elektromotor (10) wendet eine elektrische Lenkunterstützung auf das Lenksystem des Fahrzeugs an. Ein Lenkdrehmomentfühler (12) erfaßt ein Lenkdrehmoment in dem Lenksystem. Eine Steuereinheit (17, 27) stellt einen Ziel-Motorstrom auf der Grundlage wenigstens des durch den Lenkdrehmomentfühler (12) erfaßten Lenkdrehmoments ein. Ein Übersetzungsverhältnisdetektor (13) erfaßt das durch den Variables-Übersetzungsverhältnis-Mechanismus (5) eingestellte Übersetzungsverhältnis. Somit stellt die Steuereinheit (17, 27) den Ziel-Motor strom auf der Grundlage des durch den Übersetzungsdetektor (13) erfaßten Übersetzungsverhältnisses und zusätzlich des durch den Lenkdrehmomentfühler (12) erfaßten Lenkdrehmoments ein. Mit dieser Gestaltung kann der durch die Steuereinheit (17, 27) eingestellte Ziel-Motor strom das momentan eingestellte Übersetzungsverhältnis wiedergeben, mit dem Ergebnis, daß die Betriebseigenschaften des Lenksystems des Fahrzeugs geschmeidig und kontinuierlich als Antwort auf jede Übersetzungsverhältnisveränderung verändert werden können und daß ein von fehlender Geschmeidigkeit, von Diskontinuität und von Reibung freies, verbessertes Lenkgefühl wirksam erreicht wird.
Ein Variables-Übersetzungsverhältnis-Mechanismus (5) stellt variabel ein Übersetzungsverhältnis ein, welches einen Schwenkwinkel gelenkter Räder des Fahrzeugs in bezug zu einem Lenkwinkel eines Lenkrads (2) des Fahrzeugs definiert. Ein Elektromotor (10) wendet eine elektrische Lenkunterstützung auf das Lenksystem des Fahrzeugs an. Ein Lenkdrehmomentfühler (12) erfaßt ein Lenkdrehmoment in dem Lenksystem. Eine Steuereinheit (17, 27) stellt einen Ziel-Motorstrom auf der Grundlage wenigstens des durch den Lenkdrehmomentfühler (12) erfaßten Lenkdrehmoments ein. Ein Übersetzungsverhältnisdetektor (13) erfaßt das durch den Variables-Übersetzungsverhältnis-Mechanismus (5) eingestellte Übersetzungsverhältnis. Somit stellt die Steuereinheit (17, 27) den Ziel-Motor strom auf der Grundlage des durch den Übersetzungsdetektor (13) erfaßten Übersetzungsverhältnisses und zusätzlich des durch den Lenkdrehmomentfühler (12) erfaßten Lenkdrehmoments ein. Mit dieser Gestaltung kann der durch die Steuereinheit (17, 27) eingestellte Ziel-Motor strom das momentan eingestellte Übersetzungsverhältnis wiedergeben, mit dem Ergebnis, daß die Betriebseigenschaften des Lenksystems des Fahrzeugs geschmeidig und kontinuierlich als Antwort auf jede Übersetzungsverhältnisveränderung verändert werden können und daß ein von fehlender Geschmeidigkeit, von Diskontinuität und von Reibung freies, verbessertes Lenkgefühl wirksam erreicht wird.
Claims (1)
- Elektrische Lenkvorrichtung zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, umfassend: einen Variables-Übersetzungsverhältnis-Mechanismus (5) zur variablen Einstellung eines Übersetzungsverhältnisses, welches einen Schwenkwinkel gelenkter Räder (9) des Fahrzeugs in bezug zu einem Lenkwinkel eines Lenkrads (2) des Fahrzeugs definiert; einen Elektromotor (10) zum Anwenden einer elektrischen Lenkunterstützung auf ein Lenksystem des Fahrzeugs; einen Lenkdrehmomentfühler (12) zum Erfassen eines Lenkdrehmoments in dem Lenksystem; eine Steuereinheit (17, 27) zum Einstellen eines Ziel-Motorstroms auf der Grundlage wenigstens des durch den Lenkdrehmomentfühler (12) erfaßten Lenkdrehmoments; und einen Motortreiber (18) zum Treiben des Motors (10) auf der Grundlage des durch die Steuereinheit (17, 27) eingestellten Ziel-Motorstroms, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Lenkvorrichtung ferner einen Übersetzungsverhältnisdetektor (13) zum Erfassen des durch den Variables-Übersetzungsverhältnis-Mechanismus (5) eingestellten Übersetzungsverhältnisses umfaßt und daß die Steuereinheit (17, 27) den Ziel-Motorstrom auf der Grundlage des durch den Übersetzungsverhältnisdetektor (13) erfaßten Übersetzungsverhältnis und zusätzlich des durch den Lenkdrehmomentfühler (12) erfaßten Lenkdrehmoments einstellt.
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