DE19833487B4

DE19833487B4 - Elektrische Lenkvorrichtung

Info

Publication number: DE19833487B4
Application number: DE19833487A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Shimizu; Shigenori Takimoto
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1997-07-24
Filing date: 1998-07-24
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2018-07-25
Also published as: JPH1134893A; DE19833487A1; JP4026887B2; US6102151A

Abstract

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.

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, und wie sie aus der DE 42 28 236 C2 bekannt ist. Der Oberbegriff von Anspruch 1 beruht auf dieser Druckschrift.

Die vorliegende Erfindung ist darauf abgestellt, eine verbesserte elektrische Lenkvorrichtung mit einem Variables-Übersetzungsverhältnis-Mechanismus anzugeben, 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-Mechanismus 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) eingestellt 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-Übersetzungsverhältnis-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-Mechanismus 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 Lenkdrehmomentfühlerer faßten 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:
1 eine schematische Ansicht einer beispielhaften Gesamtgestaltung einer erfindungsgemäßen elektrischen Lenkvorrichtung ist;
2 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Detailkonstruktion eines Motortreibers in der elektrischen Lenkvorrichtung aus 1 ist;
3A bis 3C Blockdiagramme von verschiedenen elektrischen Komponenten der elektrischen Lenkvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind;
4 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Detailkonstruktion einer Übersetzungssteuerung in der ersten Ausführungsform ist;
5 ein Blockdiagramm verschiedener elektrischer Komponenten einer elektrischen Lenkvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
6 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Detailkonstruktion eines Drehmoment-Steuerabschnitts in der zweiten Ausführungsform aus 5 ist;
7 ein Blockdiagramm mit Details eines Lenkgeschwindigkeit-Steuerabschnitts in der zweiten Ausführungsform ist;
8 eine Tabelle ist, die eine beispielhafte Beziehung zwischen einem Lenkdrehmoment und einem Motordrehmoment-Steuerwert in der zweiten Ausführungsform zeigt;
9 eine Tabelle ist, die eine beispielhafte Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Zielübersetzung in der zweiten Ausführungsform zeigt;
10 ein Flußdiagramm ist, das eine beispielhafte Abfolge von Operationen zeigt, welche von einer Steuereinheit in der zweiten Ausführungsform von 5 durchgeführt werden;
11A bis 11C Tabellen sind, die beispielhafte Steuereigenschaften des Drehmoment-Steuerabschnitts in der zweiten Ausführungsform zeigen;
12A bis 12C Tabellen sind, die beispielhafte Steuereigenschaften des Lenkgeschwindigkeit-Steuerabschnitts in der zweiten Ausführungsform zeigen;
13 eine Tabelle ist, die beispielhafte Drehmoment-Änderungsrichtungen im Zustand des Auswärts- und Rücklenkens zeigt; und
14A und 14B Tabellen sind, die beispielhafte Eigenschaften der Funktionen f1(SV) und f2(SV) aus 3 zeigen.
Zunächst wird auf 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-Mechanismus 5 kann die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. HEI-7-257406 offenbarte Gestaltung aufweisen. Eine Zahnstangen-Lenkvorrichtung, 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-Lenkkrafterzeugungseinheit 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.
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.
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 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 C_svf, C_svr 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-C_svf). 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 + C_svr).
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 I 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 Auswärtgsbewegung 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-" Bewegung 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 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 3B gezeigt ist. Wie in 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 C_svf (= G·f1(SV)) oder C_svr (= –G·f2(SV)); das bedeutet, daß das Signal C_svf bereitgestellt wird, wenn eine Auswärtsbewegung des Lenkrads erfaßt wird, wohingegen das Signal C_svr bereitgestellt wird, wenn eine Rückkehrbewegung des Lenkrads erfaßt wird. Die Funktionen f1(SV) und f2(SV) haben die in den 14a bzw. 14b gezeigten Eigenschaften.
Wie in 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 umfaßteinen Speicher, wie z.B. einen ROM, mit verschiedenen vorher gespeicherten Zielübersetzungswerten Cg, die möglichen Werten der Fahrzeuggeschwindigkeit V entsprechen, wie in "Tabelle 2" in 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 4 gezeigt ist. Mit dem Übersetzungssteuersignal Cg wird dann ein Motor 39 des Variables-Übersetzungsverhältnis-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 bseitigt 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 C_sv, 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.
5 ist ein Blockdiagramm, welches wesentliche elektrische Komponenten einer elektrischen Lenkvorrichtung gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt, wobei gleiche Bezugszeichen wie in 3A die gleichen Komponenten repräsentieren. Wie gezeigt, ist die zweite Ausführungsform grundsätzlich der ersten Ausführungsform in 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 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 C_sv (C_svf oder C_svr), 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 C_sv, der dem Lenkgeschwindigkeitssignal SV entspricht, und versorgt den Rückkopplungssteuerabschnitt 19 mit der derart berechneten Differenz (Ct – C_sv) 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 C_svf und C_svr zu erhalten. Als Antwort auf ein vom Lenkzustandserfassungsabschnitt 20a ausgegebenes Signal Ss gibt der Ziellenksignalerzeugungsabschnitt 28 somit ein Ziel-Auswärtsbewegungssignal (Ct-C_svf) und ein Ziel-Rückkehrbewegungssignal (Ct + C_svr) 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 zugeordnetist (nachfolgend "Lenkgeschwindigkeitsrichtungskennzeichen"), auf eine in einer Tabelle in 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.
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-Übersetzungsveränderungsabschnitt 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 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 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 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 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 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 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.
7 ist ein Blockdiagramm, welches Details des Lenkgeschwindigkeitsteuerabschnitts 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 C_svf und C_svr 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 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 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 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 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 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 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 C_svf (= G·Cf) zu bestimmen.
In ähnlicher Weise multipliziert der Rückbewegungsberechnungsabschnitt 21e5 den Rücklenkgeschwindigkeitssteuerwert Cr vom Rücklenkgeschwindigkeitssteuerabschnitt 21e2 mit der Übersetzung G vom Übersetzungsberechnungsabschnitt 21e3, direktoder nach einer geeigneten Veränderung derselben, um somit einen Rücklenkgeschwindigkeitssteuerwert C_svr (= –G·Cr) zu bestimmen.
Der Auswahlschalter 23 mit Software-gesteuerter Schaltfunktion wählt den Auswärtslenkgeschwindigkeitssteuerwert C_svf 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 C_svr aus, wenn das Lenkzustandserfassungssignal Ss auf dem L-Pegel liegt, wodurch eine Rückkehrbewegung des Lenkrads angezeigt ist. Der somit ausgewählte Auswärts- oder Rücklenkgeschwindigkeitssteuerwert C_svf oder C_svr wird dem Addierer 28b in 5 zugeführt. Der Addierer 28b subtrahiert den Auswärts- oder Rücklenkgeschwindigkeitssteuerwert C_sv, 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 3 gezeigten, um einen Strom I 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 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 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-Motordrehmomentwert 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 4 gezeigten.
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 – C_svf) 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 + C_svr) 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 – C_svf) 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.
10 ist ein Flußdiagramm, das eine beispielhafte Folge von Bearbeitungsschritten zeigt, die von der elektronischen Steuereinheit 27 in der zweiten Ausführungsform in 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-Rückstellsignal, 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 P5 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 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 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 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 Speicherdes 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 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 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 C_sv ausgegeben. Dann wird ein Wert, der durch Subtraktion des im Schritt P18 erhaltenen Lenkgeschwindigkeitssteuerwerts C_sv von dem im Schritt P13 erhaltenen Ziel-Motordrehmomentwert Ct berechnet ist (d.h. Ct – C_sv), als ein Ziel-Motorsteuerungssignal 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 verschiedenevorhergespeicherte Rücklenkgeschwindigkeitssteuerwerte Cr enthält, die verschiedenen möglichen Werten des Lenkgeschwindigkeitssignals SV und des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V entsprechen, wie in 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 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 C_sv ausgegeben. Dann wird ein Wert, der durch Addition des in Schritt P13 erhaltenen Ziel-Motordrehmomentwerts Ct und des in Schritt P22 erhaltenen Lenkgeschwindigkeitsteuerwerts C_sv berechnet ist (d.h. Ct + C_sv), 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-Motorstrom 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-Motorstrom 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-Motorstrom 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

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.