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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen einer elektrischen
Kraftlenkvorrichtung zum Ausüben
von Kraft von einem Elektromotor zu dem Lenksystem eines Fahrzeugs,
um die manuelle Lenkanstrengung des Fahrers zu erleichtern, und insbesondere
eine elektrische Kraftlenkvorrichtung mit einem Lenkgetriebemechanismus
variablen Verhältnis.
Aus der
US 5 481 457
A ist ein Lenkgetriebemechanismus mit den im Oberbegriff
des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen bekannt.
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Es
sind elektrische Kraftlenkvorrichtungen mit einem Lenkgetriebemechanismus
variablen Verhältnisses
bekannt, bei denen das Lenkübersetzungsverhältnis derart
ausgelegt ist, daß es
mit einem Winkel der Drehung des Lenkrads in einer Richtung von
der Geradeaus (Neutral)-Stellung
hin zu einer linken oder einer rechten End (Lenkeinschlag)-Stellung
des Lenkrads allmählich
abnimmt. Das variable Lenkübersetzungsverhältnis schafft
einen kleinen Einschlag-zu-Einschlag-Winkel und verhindert eine übermäßig große Sensibilität oder Antwort
auf die manuelle Lenkbetätigung
des Fahrers, wenn das Fahrzeug geradeaus fährt. Ein Elektromotor ist mit
dem Lenkgetriebemechanismus variablen Verhältnisses eingebaut, um den
letzteren mit einem dem Lenkmoment entsprechenden Unterstützungsmoment
derart zu versorgen, daß das
Lenkmoment nicht zunimmt.
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Einige
bekannte, elektrische Kraftlenkvorrichtungen besitzen eine Übersetzungsverhältnischarakteristik,
die empfindlich auf die Fahrzeuggeschwindigkeit ist. In diesem Fall
nimmt das Lenkübersetzungsverhältnis mit
einem Drehwinkel des Lenkrads von der Geradeaus-Stellung hin zu
der linken oder rechten Lenkeinschlagsstellung allmählich ab.
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Weil
das Lenkübersetzungsverhältnis mit
einer Zunahme des Drehwinkels des Lenkrads allmählich abnimmt, führt die
Ausübung
des Lenkunterstützungsmoments
von dem Elektromotor entsprechend dem Lenkmoment oder in Reaktion
auf die Fahrzeuggeschwindigkeit zu dem wie unten beschriebenen Problem.
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Die
elektrischen Kraftlenkvorrichtungen mit einem Lenkgetriebemechanismus
variablen Verhältnisses
tendieren – wenn
das Lenkrad mit der gleichen Geschwindigkeit wie bei herkömmlichen
elektrischen Lenkvorrichtungen mit einem Lenkgetriebemechanismus
konstanten Verhältnisses
gelenkt oder gedreht wird – dazu,
ein Übersteuern
der Vorderräder zu
bewirken, weil das Lenkmoment (Lenkgegenkraft) nicht so stark ansteigt
wie der Lenkwinkel ansteigt. Falls eine rasche Lenkbetätigung durch
den Fahrer unternommen wird, um die Übersteuerung zu korrigieren,
können
sanfte Manöver
des Fahrzeugs nicht erreicht werden.
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Das
obige Problem kann überwunden
werden, indem die Vorrichtung in einer derartigen Art und Weise
gesteuert wird, daß eine
Lenkgegenkraft in Antwort auf die Lenkgeschwindigkeit ausgeübt wird. Allerdings
behindert eine derartige Steuerung die Handhabung des Lenkrads mit
großer
Geschwindigkeit.
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Abriß der Erfindung
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Es
ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
elektrische Kraftlenkvorrichtung bereitzustellen, die geeignet ist,
die Differenz oder Verzögerung
zwischen der Lenkbetätigung des
Fahrers und der Fahrzeugverhaltensantwort zu vermindern, sanfte
Manöver
des Fahrzeugs sicherstellt und eine Lenkgegenkraft ausüben kann,
die es dem Fahrer ermöglicht,
das Lenkrad mit hohen Geschwindigkeiten zu lenken oder zu drehen,
ohne eine Übersteuerung
der Vorderräder
zu bewirken.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine elektrische Kraftlenkvorrichtung mit einem Lenkgetriebemechanismus
variablen Verhältnisses
bereitgestellt, umfassend: einen Elektromotor zum Ausüben eines
Lenkunterstützungsmoments
auf ein Lenksystem des Fahrzeugs; einen Lenkmomentsensor zum Erfassen
eines Lenkmoments des Lenksystems und Erzeugen eines dem erfaßten Lenkmoment
entsprechenden Lenkmomentsignals; einen Verhaltenssensor zum Erfassen
eines Verhaltens des Fahrzeugs und Erzeugen eines dem erfaßten Fahrzeugverhalten
entsprechenden Verhaltenssignals; eine Steuereinheit zum Steuern/Regeln
des Betriebs des Elektromotors auf der Basis wenigstens des Lenkmoments,
wobei die Steuereinheit einen Lenkmomentberechnungsteil zum Ausgeben
einer Lenkmomentkomponente, die dem von dem Lenkmomentsensor ausgegebenen
Lenkmomentsignal entspricht, und einen Fahrzeugverhaltenberechnungsteil
zum Ausgeben einer Verhaltenskomponente, die dem von dem Verhaltenssensor
ausgegebenen Verhaltenssignal entspricht, enthält, wobei die Steuereinheit
die Lenkmomentkomponente korrigiert durch Dämpfen derselben mit der Verhaltenskomponente;
und eine Motoransteuereinheit zum Ansteuern des Motors auf der Basis
eines Ausgangssignals von der Steuereinheit.
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Selbst
wenn das Lenkrad mit der gleichen Geschwindigkeit wie bei der herkömmlichen
elektrischen Kraftlenkvorrichtung gedreht wird, verhindert das für den Fahrer
verfügbare
Fahrzeugverhalten als eine Lenkgegenkraft, daß die Vorderräder des
Fahrzeugs übersteuert
werden, und kann die Differenz oder Verzögerung zwischen der manuellen
Lenkbetätigung
des Fahrers und der Fahrzeugverhaltensantwort vermindern.
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Die
Steuereinheit kann ferner einen Fahrzeugverhaltens-Änderungsratenberechnungsteil zum
Ausgeben einer Änderungsraten komponente umfassen,
die der Änderungsrate
eines Ausgangssignals von dem Fahrzeugverhaltensberechnungsteil entspricht.
Die Steuereinheit korrigiert ferner die Lenkmomentkomponente durch
Subtrahieren der Änderungsratenkomponente
von der Lenkmomentkomponente.
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In
einer bevorzugten Ausbildung umfaßt die elektrische Kraftlenkvorrichtung
ferner einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Erfassen einer Geschwindigkeit
des Fahrzeugs und Erzeugen eines der erfaßten Geschwindigkeit des Fahrzeugsentsprechenden
Fahrzeuggeschwindigkeitssignals. Die Steuereinheit umfaßt ferner
einen Fahrzeuggeschwindigkeitsberechnungsteil zum Ausgeben einer Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente,
die dem von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor ausgebenenen Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
entspricht, und ein Lenkzustandserfassungsglied zum Erfassen eines
Vorlaufzustands und eines Rücklaufzustands des
Lenksystems. Die Steuereinheit korrigiert die Lenkmomentkomponente
durch Subtrahieren von der Lenkmomentkomponente eines ersten Werts,
der auf der Basis der Verhaltenskomponente und der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente
bestimmt ist, wenn der Vorlaufzustand durch das Lenkzustandserfassungsglied
erfaßt
ist, und durch Addieren der Lenkmomentkomponente und eines zweiten
Werts, der auf der Basis der Verhaltenskomponente und der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente
bestimmt ist, wenn der Rücklaufzustand
durch das Lenkzustandserfassungsglied erfaßt ist.
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Die
Lenkgegenkraft ist der Sensitivität des Fahrzeugverhaltens gut
angepaßt,
welche variabel mit der Fahrzeuggeschwindigkeit ist (die Sensitivität ist gering
bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten und hoch bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten). Dementsprechend
wird die Lenkoperation im ganzen vorgeschriebenen Geschwindigkeitsbereich
sanft erzielt, ohne daß eine
große
Verzögerung
zwischen der manuellen Lenkanstrengung des Fahrers und der Fahrzeugverhaltensantwort
entsteht.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausbildung umfaßt die elektrische Kraftlenkvorrichtung
ferner einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Erfassen einer Geschwindigkeit
des Fahrzeugs und Erzeugen eines der erfaßten Geschwindigkeit des Fahrzeugs entsprechenden
Fahrzeuggeschwindigkeitssignals, und die Steuereinheit umfaßt ferner:
einen Fahrzeugverhalten-Änderungsratenberechnungsteil
zum Ausgeben einer Änderungsratenkomponente,
die der Änderungsrate
eines Ausgangssignals von dem Fahrzeugverhaltensberechnungsteil
entspricht, einen Fahrzeuggeschwindigkeitsberechnungsteil zum Ausgeben
einer Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente, die dem von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
ausgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeitssignal entspricht, und ein
Lenkzustandserfassungsglied zum Erfassen eines Vorlaufzustands und
eines Rücklaufzustands
des Lenksystems. Die Steuereinheit korrigiert – wenn der Vorlaufzustand durch
das Lenkzustandserfassungsglied erfaßt ist, die Lenkmomentkomponente
durch zunächst
Subtrahieren von der Lenkmomentkomponente eines ersten Werts, der auf
der Basis der Verhaltenskomponente und der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente
bestimmt ist, und ferner Subtrahieren von dem verbleibenden Rest der
ersten Subtraktion eines zweiten Werts, der auf der Basis der Änderungsratenkomponente
und der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente bestimmt ist. Wenn der
Rücklaufzustand
durch das Lenkzustandserfassungsglied erfaßt ist, korrigiert die Steuereinheit
die Lenkmomentkomponente durch Addieren der Lenkmomentkomponente
und eines dritten Werts, der auf der Basis der Verhaltenskomponente
und der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente bestimmt ist, und ferner
Subtrahieren von der resultierenden Summe der Addition eines vierten
Werts, der auf der Basis der Änderungsratenkomponente
und der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente bestimmt ist. Da die
Lenkgegenkraft auch empfindlich auf die Fahrzeugverhaltensänderungsrate
ist, ist die Verzögerung
zwischen der Lenkbetätigung
des Fahrers und der Fahrzeugverhaltensantwort geglättet.
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Die
oben angegebene und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute mit Bezug auf die
folgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungsseiten ersichtlich,
in welcher einige bevorzugte Aufbauausführungen der vorliegenden Erfindung
mittels veranschaulichender Beispiele beschrieben sind.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Ansicht, die den allgemeinen Aufbau einer elektrischen
Kraftlenkvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 ist
ein Blockdiagramm, welches einen Hauptbereich der elektrischen Kraftlenkvorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ist
ein Schaltungsdiagramm, das eine Motoransteuereinheit der elektrischen
Kraftlenkvorrichtung zeigt;
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4 ist
ein Blockdiagramm, welches den Hauptbereich einer elektrischen Kraftlenkvorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ist
ein Blockdiagramm, das den Hauptbereich einer elektrischen Kraftlenkvorrichtung
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ist
ein Flußdiagramm,
das eine Sequenz von Operationen zeigt, die in einer Steuereinheit
der elektrischen Kraftlenkvorrichtung ausgeführt werden, die in 4 gezeigt
ist;
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7 ist
ein Flußdiagramm,
das eine Sequenz von Operationen zeigt, die in einer Steuereinheit
der elektrischen Kraftlenkvorrichtung ausgeführt werden, die in 5 gezeigt
ist;
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8 ist
ein Datenblatt, das einen Zusammenhang zwischen der Gierrate und
der Gierratenkomponente zeigt;
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9 ist
ein Datenblatt, das einen Zusammenhang zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und
der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente zeigt;
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10 ist
ein Datenblatt, das einen Zusammenhang zwischen der Gierrate und
der Gierratenkomponente zeigt;
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11 ist
ein Datenblatt, das einen Zusammenhang zwischen der Fahrzeuggschwindigkeit
und der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente zeigt;
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12 ist
ein Datenblatt, das einen Zusammenhang zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und
der Offset-Größe zeigt;
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13 ist
ein Datenblatt, das einen Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal
von einem Subtrahierer und der Korrektur zeigt;
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14 ist
ein Datenblatt, das einen Zusammenhang zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und
dem Dämpfungskoeffizienten
zeigt;
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15 ist
ein Datenblatt, das einen Zusammenhang zwischen dem Lenkmoment und
der Lenkmomentkomponente zeigt; und
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16 ist
ein Datenblatt, das einen Zusammenhang zwischen der Gierrate und
dem Lenkmomentkorrekturkoeffizienten zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Einige
bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
detaillierter beschrieben.
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Es
wird auf 1 Bezug genommen. Hier ist der
allgemeine Aufbau einer elektrischen Kraftlenkvorrichtung gezeigt,
welche die vorliegende Erfindung verwirklicht. Die elektrische Kraftlenkvorrichtung 1 umfaßt ein Lenkrad 2,
welches fest mit einem Ende (oberes Ende) einer Lenksäule oder
Welle 3 verbunden ist, wobei das andere Ende (unteres Ende)
der Lenkwelle 3 betriebsmäßig durch eine Verbindungswelle 4 mit
Universalkupplungen 4a, 4b mit einem Lenkgetriebemechanismus
mit variablem Verhältnis
(gebildet von einem Zahnstangenmechanismus) 5 verbunden
ist, der in einem (nicht gezeigten) Lenkgetriebegehäuse enthalten
ist. Diese Teile 2–5 zusammen
bilden ein Mittel oder einen Mechanismus 6 zur manuellen
Lenkkrafterzeugung.
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Der
Lenkgetriebemechanismus 5 variablen Verhältnisses
ist dazu ausgebildet, ein größeres Lenkverhältnis für die ersten
paar zehn Grad der Lenkradbewegung in irgendeiner Richtung von der Geradeaus
(Neutral)-Stellung
vorzusehen als für
die Lenkradbewegung nahe der ganz linken oder rechten (Einschlag)
Stellung. Der Lenkgetriebemechanismus 5 mit variablem Verhältnis ist
in der Technik wohlbekannt, wie sie beispielsweise in der offengelegten
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. HEI 7-323852 offenbart ist.
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Eine
Drehung des Lenkrads 2 wird über den Zahnstangenmechanismus
(Lenkgetriebemechanismus variablen Verhältnisses) 5 in eine
lineare Hin- und
Herbewegung eines Zahnstangenstrangs 7 umgewandelt. Der
Zahnstangenstrang 7 weist eine Zahnstange 7a aus
Getriebezähnen
auf, die einen Teil des Zahnstangenmechanismus 5 bildet,
wobei die Zahnstange 7a im Eingriff mit einem (nicht gezeigten)
Ritzel des Zahnstangenmechanismus 5 steht. Die entgegengesetzten
Enden des Zahnstangenstrangs 7 sind durch Verbindungsstangen 8, 8 mit lenkbaren
linken und rechten Vorderrädern 9, 9 eines Fahrzeugs
verbunden. Durch Drehen des Lenkrads 2 werden die Vorderräder 9, 9 somit über den
Zahnstangenmechanismus 6 mit manueller Lenkkrafterzeugung
geschwenkt oder gelenkt, um die Richtung des Fahrzeugs zu ändern.
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Um
die zum Drehen des Lenkrads 2 benötigte Anstrengung des Fahrers
zu erleichtern, ist ein Elektromotor 10 konzentrisch zu
dem Zahnstangenstrang 7 derart angebracht, daß eine Lenkunterstützungskraft
oder ein Lenkunterstützungsmoment über einen
Kugelschraubenmechanismus (oftmals als "Kugelmuttermechanismus" bezeichnet) 11 auf
den Zahnstangenstrang 7 ausgeübt wird. Der Kugelschraubenmechanismus 11 ist
gebildet von einer Spiralschraube (nicht bezeichnet), die sich an
einer Außenumfangsfläche des
Zahnstangenstrangs 7 windet, und einer Mutter (nicht bezeichnet),
die integral mit einem Rotor des Elektromotors 10 vorgesehen
ist und in Eingriff mit der Schraube mit umlaufenden Kugeln gehalten
wird, die zwischen der Schraube und der Mutter angeordnet sind.
Der Kugelschraubenmechanismus 11 wandelt eine Drehkraft
(Unterstützungsmoment)
des Elektromotors 10 in eine axiale Schubkraft um, die
direkt auf den Zahnstangenstrang 7 wirkt.
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Ein
Lenkmomentsensor 12 und ein Lenkgeschwindigkeitssensor 19 sind
in dem Lenkgetriebegehäuse
(nicht gezeigt) angeordnet. Der Lenkmomentsensor 12 erfaßt ein durch
Drehen des Lenkrads 2 aufgebrachtes Lenkmoment und erzeugt
ein dem erfaßten
Lenkmoment entsprechendes Lenkmomentsignal T. Der Lenkgeschwindigkeitssensor 19 erfaßt eine
der Geschwindigkeit der Drehung der Lenkwelle 3 entsprechende
Lenkgeschwindigkeit und erzeugt ein Lenkgeschwindigkeitssignal SV,
welches der erfaßten
Lenkgeschwindigkeit entspricht. Das Lenkmomentsignal T und das Lenkgeschwindigkeitssignal
SV werden einer Steuereinheit 15 zugeführt.
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Ein
Verhaltenssensor 13 ist zum Erfassen einer Änderung
des Fahrzeugverhaltens vorgesehen und erzeugt ein Fahrzeugverhaltenssignal
Y, welches der erfaßten
Fahrzeugverhaltensänderung
entspricht. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Fahrzeugverhalten
durch eine Gierwinkelgeschwindigkeit (Gierrate) repräsentiert
und das Verhaltenssignal Y ist ein Gierwinkelgeschwindigkeits (Gierraten)-Signal.
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Der
Lenkmomentsensor 12 ist durch einen Widerstandsdraht aufgebaut,
der eine Torsionsverlagerung oder Verdrillung, die einem auf einen
Torsionsstab wirkenden Moment entspricht, in einen elektrischen
Widerstand umwandelt. Der Verhaltenssensor 13 ist ein zweidimensionaler
Beschleunigungssensor. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor ist gebildet
durch eine Kombination eines Umformerrads und einer Spule mit Permanentmagnet.
Der Lenkgeschwindigkeitssensor 19 ist ein Gleichstrommotor wie
ein Tachogenerator.
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Das
von dem Lenkmomentsensor 12 ausgegebene Momentsignal T
repräsentiert
die Größe und Richtung
des Lenkmoments. Das von dem Verhaltenssensor 13 ausgegebene
Gierratensignal Y repräsentiert
die Drehrichtung und -geschwindigkeit des Gierwinkels, der durch
Gieren des Fahrzeugs während
des Fahrens hervorgerufen wird. Das von dem Geschwindigkeitssensor 14 ausgegebene
Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V repräsentiert die Richtung (Vorwärts oder
Rückwärts) und
die Geschwindigkeit der Fahrzeugbewegung. Das von dem Lenkgeschwindigkeitssensor 19 ausgegebene
Lenkgeschwindigkeitssignal SV repräsentiert die Richtung und Geschwindigkeit
des Lenkens, welches durch Drehen des Lenkrads 2 bewirkt
wird.
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Die
Steuereinheit 15 verarbeitet in geeigneter Weise das von
dem Lenkmomentsensor 12 gelieferte Momentsignal T, das
von dem Verhaltenssensor 13 gelieferte Gierratensignal
Y, das von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14 gelieferte
Fahrzeuggeschwindigkeits signal V, das von dem Lenkgeschwindigkeitssensor 19 gelieferte
Lenkgeschwindigkeitssignal SV sowie eine Kombination davon, um ein
Motorsteuersignal (Pulsbreitenmodulations (PWM)-Signal) CO zur PWM-Ansteuerung des Elektromotors 10 über eine
Motoransteuereinheit 16 (umfassend eine aus vier Feldeffekttransistoren
(FETs) gebildete Brückenschaltung)
in einer Art und Weise, daß der
Elektromotor 10 ein Lenkunterstützungsmoment liefert, welches
einem Vorlauf- oder einem Rücklaufzustand
der Lenkradbewegung entsprechend den Fahrzeugfahrbedingungen gut
angepaßt ist.
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Die
Motoransteuereinheit 16 umfaßt, wie es in 3 gezeigt
ist, eine Schnittstellenschaltung 16a, einen Widerstand 16b zum
Erfassen eines Motorstroms und eine Brückenschaltung, die aus wenigstens
vier FETs Q1-Q4
besteht. Die Motoransteuereinheit 16 erzeugt auf der Basis
des Motorsteuersignals CO, das in die Schnittstellenschaltung 16a eingegeben
wird, ein Motorsteuersignal Mo zur Ansteuerung des Elektromotors 10.
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Das
in die Schnittstellenschaltung 16a eingegebene Motorsteuersignal
CO ist eine Kombination eines Richtungssignals zur Steuerung der
Drehrichtung des Elektromotors 10 und eines PWM-Signals zum
Steuern des Antriebsmoments und der Geschwindigkeit (Umdrehungen
pro Minute "UpM") des Elektromotors 10.
Wenn der Elektromotor 10 in Drehung versetzt werden soll,
beispielsweise in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn, wird der
FET Q4 durch das Richtungssignal eingeschaltet und das Gate des FET
Q2 wird durch das Tastverhältnis
des PWM-Signals gesteuert. Andererseits, wenn der Elektromotor 10 in
Richtung im Uhrzeigersinn in Drehung versetzt werden soll, wird
der FET Q1 eingeschaltet und das Gate des FET Q3 wird durch das
Tastverhältnis
des PWM-Signals gesteuert. Die zwei FETs Q1 und Q4 und die zwei
FETs Q2 und Q3 können
gleichzeitig eingeschaltet werden, um die Eingangsanschlüsse des
Elektromotors 10 kurzzuschließen, um dadurch eine elektromagnetische
Bremskraft auf den Elektromotor 10 anzuwenden.
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Die
Schnittstellenschaltung 16a konvertiert das Motorstromsignal,
welches durch den Widerstand 16b erfaßt wird, durch Verstärkung und
Filterprozesse in ein analoges Motorstromsignal Im.
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2 zeigt
einen Hauptbereich einer ersten Ausführungsform der in 1 gezeigten,
elektrischen Kraftlenkvorrichtung. Die elektrische Kraftlenkvorrichtung
in der dargestellten Ausführungsform
besitzt die Besonderheit, daß das
Motorsteuersignal gesteuert ist auf der Basis des Lenkmoments T,
der Gierrate Y und der Fahrzeuggeschwindigkeit V. Bei der dargestellten
Ausführungsform
wird die von dem Lenkgeschwindigkeitssensor 19 (1)
ausgegebene Lenkgeschwindigkeit SV nicht verwendet und der Lenkgeschwindigkeitssensor 19 ist
in 2 nicht gezeigt.
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Die
Steuereinheit 15 ist ein elektronische Mikroprozessorsteuereinrichtung
und umfaßt
ein Motorsteuerglied 17, ein Rückkopplungssteuerglied 17a und
ein Lenkzustandserfassungsglied 20. Die Steuereinheit 15 konvertiert
das Lenkmomentsignal T, das von dem Lenkmomentsensor 12 ausgegeben wird,
das Gierratensignal Y, das von dem Verhaltenssensor 13 ausgegeben
wird und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V, das von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14 ausgegeben
wird, in eine gesteuerte Größe oder
Variable des Lenkmomentsignals (nachfolgend als "Lenkmomentkomponente" bezeichnet) Mt, eine gesteuerte Größe oder
Variable des Gierratensignals (nachfolgend als "Gierratenkomponente" bezeichnet) Dy1 bzw. eine gesteuerte Größe oder
Variable des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals (nachfolgend als "Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente" bezeichnet) Ry1,
und zwar auf Basis von Absolutwerten der jeweiligen Signale T, Y
und V.
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Außerdem beurteilt
die Steuereinheit 15, ob die Lenkradbewegung (oder Lenkbetätigung)
in dem Vorlaufzustand (in einer Richtung zum Einschlagen der Vorderräder) oder
in einem Rücklaufzustand
(in einer Richtung hin zu der Geradeaus- oder Neutralstellung) ist.
Wenn der Vorlaufzustand erfaßt
wird, subtrahiert die Steuereinheit 15 von der Lenkmomentkomponente
Mt, die dem Lenkmomentsignal T entspricht, das Produkt CZ aus der
Gierratenkomponente Dy1 entsprechend dem Gierratensignal Y und der
Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente Ry1 entsprechend dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
Y, und liefert den resultierenden Rest (Mt-CZ) als ein Motorsteuersignal
Co zu dem Rückkopplungssteuerglied 17a.
Andererseits, wenn die Beurteilungeinrichtung den Rücklaufzustand
erfaßt,
addiert die Steuereinheit 15 die Lenkmomentkomponente Mt
und das Produkt CZ aus der Gierratenkomponente Dy1 und der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente
Ry1 und liefert die resultierende Summe (Mt + CZ) als das Motorsteuersignal
Co zu dem Rückkopplungssteuerglied 17a.
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Das
Rückkopplungssteuerglied 17a führt eine
negative Rückkopplungssteuerung
aus unter Verwendung des Motorsteuersignals Co als einem Zielwert
und dem erfaßten
Motorstromsignal Im, das von der Motorsteuereinheit 16 rückgekoppelt
wird, als eine Steuerungsgröße, und
liefert ein Ausgangssignal CO zu der Motoransteuereinheit 16,
derart, daß das
Ausgangssignal CO die Abweichung oder den Offset zwischen dem Motorsteuersignal
(Zielwert) Co und dem Motorstromsignal (Steuerungsgröße) Im reduziert.
Das erfaßte
Motorstromsignal Im, das zu dem Rückkoppelsteuerglied 17a geliefert wird,
wird einer Analog/Digital-Wandlung
unterzogen bevor der negative Rückkopplungssteuerprozeß ausgeführt wird.
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Die
Steuereinheit 15 umfaßt
auch drei Analog/Digital (A/D)-Wandler, die zur Analog/Digital-Wandlung
jeweiliger Absolutwerte des Lenkmomentsignals T, des Gierratensignals
Y und des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V verwendet werden, und
drei Richtungsbeurteilungsmittel oder -glieder (nicht gezeigt),
die für
eine Erfassung jeweiliger Richtungen dieser Signale T, Y und V mittels
Richtungs-Flags Dt, Dy bzw. Dv verwendet werden.
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Das
Lenkzustandserfassungsglied 20 erfaßt, ob das Lenkrad in dem Vorlaufzustand
ist oder das Lenkrad in dem Rücklaufzustand
ist, auf der Basis der jeweiligen Richtungs-Flags Dt, Dy und Dv
des Lenkmomentsignals T, des Gierratensignals Y und des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals
V und liefert ein Lenkzustandssignal Ss, das den erfaßten Lenkradzustand
repräsentiert,
zu einem Schaltteil 23 des Motorsteuerglieds 17.
Das Lenkzustandssignals Ss kann ein Hoch (H)-Pegel oder ein logisches
Eins-Signal sein,
wenn der Vorlaufzustand erfaßt
wird, und ein Niedrig (L)-Pegel oder ein logisches Null-Signal sein,
wenn der Rücklaufzustand
erfaßt
wird.
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Die
obige Erfassung des Lenkzustands wird derart erreicht, daß das Lenkrad
als in dem Vorlaufzustand befindlich beurteilt wird, wenn jeweilige
Symbole des Richtungsflags Dt und Richtungsflags Dy übereinstimmen
(Dt = Dy), und als in dem Rücklaufzustand
befindlich beurteilt wird, wenn jeweilige Symbole der Richtungsflags
Dt und Dy nicht übereinstimmen
(Dt ≠ Dy).
Für die
obige Beurteilung kann alternativ eine Übereinstimmung zwischen der
Richtung des Lenkmomentsignals T und der Richtung des Lenkgeschwindigkeitssignals
SV verwendet werden, das von dem Lenkgeschwindigkeitssensor 19 (1)
ausgegeben wird.
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Das
Motorsteuerglied umfaßt
ein Lenkmomentberechnungsmittel oder -teil 21a, ein Fahrzeugverhaltensberechnungsmittel
oder -teil 21b, ein Fahrzeuggeschwindigkeitsberechnungsmittel
oder -teil 21c, ein Vorlaufsteuerberechnungsmittel oder
-teil 22a, ein Rücklaufsteuerberechnungsmittel
oder -teil 22b, ein Multiplizierer 25 und das
Schaltteil 23.
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Der
Lenkmomentberechnungsteil 21a umfaßt einen Speicher wie einen
Nur-Lese-Speicher (ROM)
(nicht gezeigt), der darin eine Tabelle von Daten speichert, wie
in 15 gezeigt, die im Voraus entweder theoretisch
oder experimentell über
das durch einen Absolutwert des von dem Lenkmomentsensor 12 ausgegebenen
Lenkmomentsignals T repräsentierte
Lenkmoment Ct und die dem Lenkmoment Ct entsprechende Lenkmomentkomponente
Mt zusammengestellt wurden. Wenn ein Lenkmoment Ct von dem Lenkmomentsensor 12 in
Form eines Lenkmomentsignals T eingegeben wird, liest der Lenkmomentberechnungsteil 21a aus
der in dem ROM gespeicherten Datentabelle (15) eine Lenkmomentkomponente
Mt aus, die dem eingegebenen Lenkmoment Ct entspricht und liefert
die ausgelesene Lenkmomentkomponente Mt zu dem Vorlaufsteuerberechnungsteil 22a und
dem Rücklaufsteuerberechnungsteil 22b.
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Der
Fahrzeugverhaltensberechnungsteil 21b umfaßt einen
Speicher wie einen ROM (nicht gezeigt), der eine Tabelle von Daten
speichert, wie es in 8 gezeigt ist, die im Voraus
entweder theoretisch oder experimentell zusammengestellt wurden über die
Gierrate Cy, die durch einen Absolutwert des Gierratensignals Y
repräsentiert
wird, das von dem Verhaltenssensor 13 ausgegeben wird,
und die Gierratenkomponente Dy1 entsprechend der Gierrate Cy. Wenn
von dem Verhaltenssensor 13 eine Gierrate Cy in Form eines
Gierratensignals Y eingegeben wird, liest der Fahrzeugverhaltensberechnungsteil 21b aus
der Datentabelle (8), die in dem ROM gespeichert
ist, eine Gierratenkomponente Dy1 entsprechend der eingegebenen
Gierrate Cy aus und liefert die ausgelesene Gierratenkomponente
Dy1 zu dem Multiplizierer 25.
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Der
Fahrzeuggeschwindigkeitsberechnungsteil 21c umfaßt eine
Arithmetik/Logik-Einheit und einen ROM (nicht gezeigt), der eine
Tabelle von Daten wie in 9 gezeigt speichert, die im
Voraus entweder theoretisch oder experimentell zusammengestellt
wurden, über
die Fahrzeuggeschwindigkeit Cv, die durch einen Absolutwert des
Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V repräsentiert wird, das von dem
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14 ausgegeben wird, und
die Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente Ry1, die der Fahrzeuggeschwindigkeit
Cv entspricht. Wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit Cv von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14 in
Form eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V eingegeben wird, liest
der Fahrzeug geschwindigkeitsberechnungsteil 21c aus der
Datentabelle (9), die in dem ROM gespeichert
ist, eine Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente Ry1 aus, die der eingegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit
Cv entspricht und liefert die ausgelesene Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente
Ry1 zu dem Multiplizierer 25. In diesem Beispiel wird die
Richtung der Fahrzeuggeschwindigkeit durch das Richtungsflag Dv
angezeigt.
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Der
Multiplizierer 25 multipliziert die Gierratenkomponente
Dy1, die von dem Fahrzeugverhaltensberechnungsteil 21b geliefert
wird, mit der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente Ry1, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitsberechnungsteil 21c geliefert
wird, und liefert das resultierende Produkt (Signalwert) CZ zu dem
Vorlaufsteuerberechnungsteil 22a und dem Rücklaufsteuerberechnungsteil 22b.
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Der
Vorlaufsteuerberechnungsteil 22a ist aufgebaut durch einen
Speicher wie einen ROM, einen Subtrahierer usw. und subtrahiert
von der Lenkmomentkomponente Mt einen Signalwert CZ, der gleich
dem Produkt der Gierratenkomponente Dy1 und der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente
Ry1 ist, und gibt den resultierenden Rest (Mt-CZ) als ein Vorlaufzustandsmotorsteuersignal
zu dem Schaltteil 23.
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Der
Rücklaufsteuerberechnungsteil 22b ist aufgebaut
durch einen Speicher wie einen ROM, einen Addierer usw. und addiert
die Lenkmomentkomponente Mt und einen Signalwert CZ, der gleich
dem Produkt der Gierratenkomponente Dy1 und der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente
Ry1 ist, und gibt die resultierende Summe (Mt + CZ) als ein Rücklaufzustandsmotorsteuersignal
zu dem Schaltteil 23.
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Der
Schaltteil 23 besitzt eine Software-gesteuerte Schaltfunktion
und wählt
das Vorlaufmotorsteuersignal (Mt-CZ) aus, wenn das von dem Lenkzustandserfassungsglied 20 gelieferte
Lenkzustandssignal Ss auf dem Hoch (H)-Pegel (logisches Eins-Signal)
ist, und wählt
das Rücklaufmotorsteuersignal
(Mt + CZ) aus, wenn das von dem Lenkzustandserfassungsglied 20 gelieferte
Lenkzustandssignal Ss auf dem Niedrig (L)-Pegel (logisches Null-Signal)
ist. Das ausgewählte
Motorsteuersignal (Mt + CZ) oder (Mt + CZ) wird als ein Motorsteuersignal
Co zu dem Rückkoppelsteuerglied 17a ausgegeben.
-
Der
Signalwert CZ wirkt sowohl in dem Vorlauf- als auch in dem Rücklaufzustand
des Lenksystems in einer Richtung, die der Richtung der Drehung des
Lenkrads entgegengesetzt ist, und übt somit eine Dämpfungswirkung
auf die Drehung des Lenkrads aus.
-
Das
Rückkoppelsteuerglied 17a umfaßt einen
Subtrahierer 24a und einen PID (Proportional-Integral-Differential)-Regler 24b.
Der Subtrahierer 24a berechnet eine Abweichung oder einen
Offset zwischen dem Motorsteuersignal Co (Zielwert) und dem Digitalwert
des erfaßten
Motorstromsignals Im. Der PID-Regler 24b, bestehend aus
einem Proportionalelement P, einem Integralelement I und einem Differentialelement
D erzeugt ein Ausgangssignal (Motorsteuersignal) CO derart, daß eine Rückkopplungssteuerung
mit einer kleinen stationären
Abweichung und hoher Anpassungsfähigkeit
erzielt wird.
-
Die
Motoransteuereinheit 16, die mit dem Motorsteuersignal
CO versorgt wird, führt
eine PWM-Steuerung der aus vier FETs Q1-Q4 (3) bestehenden
Brückenschaltung
durch, um ein Motorsteuersignal Mo in Form eines PWM-Ansteuersignals zu
erzeugen, und treibt dadurch den Elektromotor 10 steuerbar
an.
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Wenn
das Lenkrad 2 in dem Vorlaufzustand ist, subtrahiert die
Steuereinheit 15 somit von der Lenkmomentkomponente Mt
einen Wert CZ, der gleich dem Produkt aus der Gierratenkomponente Dy1
und der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente Ry1 ist, um dadurch ein
Motorsteuersignal Co (Mt-CZ) zu erzeugen, das in der gleichen Richtung wie
die Drehrichtung des Lenkrads 2 wirkt. Wenn das Lenkrad 2 in
dem Rücklaufzustand
ist, addiert die Steuereinheit 15 die Lenkmomentkomponente
Mt und das Produkt CZ der von der Gierrate Y gesteuerten Variablen
Dy1 und der von der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuerten Variablen
Ry1, um dadurch ein Motorsteuersignal Co (Mt + CZ) zu erzeugen.
Die Komponente CZ des Motorsteuersignals Co, die der Gierrate Y
entspricht, wirkt in einer Richtung entgegengesetzt der Richtung
der Lenkradbewegung. Dies bedeutet, daß in dem Vorlaufzustand des
Lenksystems umso weniger Lenkunterstützungskraft von dem Elektromotor 10 bereitgestellt wird,
je größer die
Gierrate Y ist, während
in dem Rücklaufzustand
umso mehr Lenkgegenkraft (Kraft, die in einer Richtung entgegengesetzt
zu der Richtung der Drehung des Lenkrads 2 wirkt) von dem Elektromotor 10 bereitgestellt
wird, je größer die Gierrate
Y ist.
-
Die
Lenkmomentkomponente Mt wird somit korrigiert durch Dämpfen derselben
mit (oder Addieren zu ihr) der Komponente CZ entsprechend der Gierrate
Y (die eine Komponente ist, die in einer Richtung entgegen der Richtung
der Drehung des Lenkrads wirkt), wie es durch Mt-CZ in dem Vorlaufzustand
und durch Mt + CZ in dem Rücklaufzustand durchgeführt wird.
Diese Korrektur wird als "Dämpfungskorrektur" bezeichnet.
-
Mit
dieser Dämpfungskorrektur
wird die Fahrzeugverhaltenskomponente (Gierrate) für den Fahrer
als eine Lenkgegenkraft zugänglich,
die dazu wirkt, die Differenz oder Verzögerung zwischen einer von dem
Fahrer unternommenen Lenkbetätigung und
einer Verhaltensänderung
des Fahrzeugs, die durch die Lenkoperation bewirkt wird, zu vermindern. Das
Fahrzeug kann deshalb mit verbessertem Ansprechverhalten sanft manövriert werden.
-
4 zeigt
in einem Blockdiagramm einen Hauptbereich einer zweiten Ausführungsform
der elektrischen Kraftlenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die elektrische Kraftlenkvorrichtung ist allgemein derart aufgebaut,
daß ein
Ausgangssignal, welches erzeugt wird auf der Basis des Lenkmoments,
der Gierrate und der Fahrzeuggeschwindigkeit, unter Verwendung der Änderungsrate der
Gierrate korrigiert wird, um ein Motorsteuersignal zu kontrollieren.
-
Wie
es in 4 gezeigt ist, umfaßt die elektrische Kraftlenkvorrichtung
allgemein einen Lenkmomentsensor 12, einen Verhaltenssensor 13,
einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14, eine Steuereinheit 15a,
eine Motoransteuereinheit 16 und einen Elektromotor 10.
Diese Teile 10, 12–14 und 16 sind die
gleichen, wie die oben mit Bezug auf die erste, in 2 gezeigte
Ausführungsform
beschriebenen Teile, und deshalb ist keine weitere Beschreibung
derselben erforderlich.
-
Die
Steuereinheit 15a ist eine elektronische Mikroprozessorsteuereinrichtung
und umfaßt
ein Motorsteuerglied 17, ein Rückkoppelsteuerglied 17a,
ein Gegenkraftsteuerglied 18 und ein Lenkzustandserfassungsglied 20.
Die Steuereinheit 15a erzeugt ein Vorlaufzustandsmotorsteuersignal
(Mt-CZ) und ein Rücklaufzustandmotorsteuersignal
(Mt + CZ) auf der Basis des Lenkmomentsignals T, des Gierratensignals
Y und des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V und gibt diese Steuersignale
(Mt-CZ) und (Mt + CZ) von dem Motorsteuerglied 17 zu der
Motoransteuereinheit 16 als ein Motorsteuersignal Co aus,
und zwar in der gleichen Art und Weise, wie dies in der ersten, in 2 gezeigten
Ausführungsform
ausgeführt
wird.
-
Außerdem differenziert
die Steuereinheit 15a das Gierratensignal Y, um die Änderungsrate ΔY des Fahrzeugverhaltens
(Gierrate) zu erhalten, subtrahiert von der Fahrzeugverhaltens (Gierraten)-Änderungsrate ΔY eine Offsetgröße Oy1,
die dem von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14 gelieferten Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
V entspricht, um dadurch einen Wert dY zu erhalten, subtrahiert
ferner einen Wert C, der gleich dem Produkt aus dem Wert dY und
einem Dämpfungskoeffizienten
Cvd ist, der der Fahrzeuggeschwindigkeit V entspricht, von dem Motorsteuersignal
Co, welches von dem Motorsteuerglied 17 geliefert wird,
und liefert den resultierenden Wert (Co-C) zu der Motorsteuereinheit 16.
-
Obwohl
es nicht gezeigt ist, jedoch in der gleichen Weise wie bei der in 2 gezeigten
Ausführungsform,
umfaßt
die Steuereinheit 15a auch drei Analog/Digital (A/D)-Wandler,
die für
eine Analog/Digital-Wandlung der jeweiligen Absolutwerte des Lenkmomentsignals
T, des Gierratensignals Y und des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals
V verwendet werden, und drei Richtungsbeurteilungsmittel oder -glieder,
die zur Erfassung jeweiliger Richtungen dieser Signale T, Y und
V mittels Richtungsflags Dt, Dy bzw. Dv verwendet werden.
-
Das
Motorsteuerglied 17 umfaßt einen Lenkmomentkomponentenberechnungsteil,
einen Fahrzeugverhaltenskomponentenberechnungsteil, einen Fahrzeuggeschwindigkeitskomponentenberechnungsteil,
einen Vorlaufsteuerberechnungsteil, einen Rücklaufsteuerberechnungsteil,
einen Multiplizierer und einen Schaltteil, welche jeweils die gleichen
wie die in 2 gezeigten Teile 21a, 21b, 21c, 22a und 22b sind.
Bei Erfassung des Vorlaufzustands des Lenkrads auf der Basis des
Lenkmomentsignals T, des Gierratensignals Y, des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals
V und eines Lenkzustandssignals Ss subtrahiert das Motorsteuerglied 17 von
einer Lenkmomentkomponente Mt (2) entsprechend dem
Lenkmomentsignal T einen Wert CZ (2), der
gleich dem Produkt aus einer Gierratenkomponente Dy1 (2)
entsprechend dem Gierratensignal Y und einer Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente
Ry1 (2) entsprechend dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
V ist, und gibt den resultierenden Rest (Mt-CZ) als das Motorsteuersignal Co zu dem
Gegenkraftsteuerglied 18. Andererseits, wenn das Motorsteuerglied 17 den
Rücklaufzustand
des Lenkrads erfaßt,
addiert es die Lenkmomentkomponente Mt und einen Wert CZ zusammen,
der gleich dem Produkt zwischen der Gierratenkomponente Dy1 und
der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente Ry1 ist, und liefert die resultierende
Summe (Mt + CZ) als das Motorsteuersignal Co zu dem Gegenkraftsteuerglied 18.
-
Das
Gegenkraftsteuerglied 18 umfaßt ein Fahrzeugverhaltensänderungsratenberechnungsmittel
oder -teil 26, ein Offsetsteuermittel oder -teil 27, ein
Dämpfungskoeffizientsteuermittel
oder -teil 28, ein Korrekturberechnungsmittel oder -teil 32,
einen Multiplizierer 30 und einen Subtrahierer 31.
Das Gegenkraftsteuerglied 18 subtrahiert eine Offsetgröße Oy1 entsprechend
dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V von der Änderungsrate ΔY des Fahrzeugverhaltens
(Gierrate), die durch Differenzieren des Gierratensignals Y erhalten
wird, um dadurch den Rest dY zu erhalten, subtrahiert ferner einen
Wert C, der gleich dem Produkt aus einer aus dem Rest dY resultierenden
Korrektur Dy3 und einem Dämpfungskoeffizienten
Cvd entsprechend dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V ist, von dem
Motorsteuersignal Co, das von dem Motorsteuerglied 17 geliefert wird,
und liefert den resultierenden Rest (Co-C) zu dem Rückkoppelsteuerglied 17a.
-
Der
Fahrzeugverhaltensänderungsratenberechnungsteil 26,
der eine Arithmetik/Logik-Einheit und einen ROM aufweist, differenziert
das Gierratensignal Y von dem Verhaltenssensor 13, um die Änderungsrate
des Gierratensignals Y zu erhalten, konvertiert die Änderungsrate
in einen Absolutwert, um die Änderungsrate ΔY der Gierrate
(Fahrzeugverhalten) zu berechnen, und liefert die Änderungsate ΔY der Gierrate
(Fahrzeugverhaltensänderungsrate)
zu dem Subtrahierer 29.
-
Der
Offsetsteuerteil 27 umfaßt einen Speicher wie einen
ROM (nicht gezeigt), der eine Tabelle von Daten speichert, wie es
in 12 gezeigt ist, die im Voraus entweder theoretisch
oder experimentell über
die Fahrzeuggeschwindigkeit Cv und die Offsetgröße Oy1 entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit
Cv zusammengestellt wurden. Wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit Cv
von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14 eingegeben wird,
liest der Offsetsteuerteil 27 aus der Datentabelle (12),
die in dem ROM gespeichert ist, eine Offsetgröße Oy1 entsprechend der eingegebenen
Fahrzeuggeschwindigkeit Cv aus und liefert die ausgelesene Offsetgröße Oy1 zu
dem Subtrahierer 29.
-
Der
Dämpfungskoeffizientsteuerteil 28 umfaßt einen
Speicher wie einen ROM (nicht gezeigt), der eine Tabelle von Daten
speichert, wie es in 14 gezeigt ist, die im Voraus
entweder theoretisch oder experimentell über die Fahrzeuggeschwindigkeit
Cv und den Dämpfungskoeffizienten
Cvd entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit Cv zusammengestellt
wurden. Wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit Cv von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
eingegeben wird, liest der Dämpfungskoeffizientsteuerteil 28 aus
der Datentabelle (14), die in dem ROM gespeichert
ist, einen Dämpfungskoeffizienten
Cvd entsprechend der eingegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit Cv aus
und liefert den ausgelesenen Dämpfungskoeffizienten
Cvd zu dem Multiplizierer 30.
-
Der
Subtrahierer 29 subtrahiert die Offsetgröße Oy1 (geliefert
von dem Offsetsteuerteil 27) von dem Absolutwert ΔY der Änderungsrate
der Gierrate (geliefert von dem Fahrzeugverhaltensänderungsratenberechnungsteil 26)
und liefert den resultierenden Rest dY zu dem Korrekturberechnungsteil 32.
-
Der
Korrekturberechnungsteil 32 umfaßt einen Speicher wie einen
ROM (nicht gezeigt), der eine Tabelle von Daten speichert, wie es
in 13 gezeigt ist, die im Voraus entweder theoretisch
oder experimentell über
das Ausgangssignal dY von dem Subtrahierer 29 und die Korrektur
Dy3 entsprechend dem Ausgangssignal dY zusammengestellt wurden. Wenn
ein Ausgangssignal dY von dem Subtrahierer 29 eingegeben
wird, liest der Korrekturberechnungsteil 32 aus der Datentabelle
(13), die in dem ROM gespeichert ist, eine Korrektur
Dy3 entsprechend dem eingegebenen Ausgangssignal dY aus und liefert
die ausgelesene Korrektur Dy3 zu dem Multiplizierer 30.
-
Der
Multiplizierer 30 multipliziert die Korrektur Dy3 (geliefert
von dem Korrekturberechnungsteil 32) mit dem Dämpfungskoeffizienten
Cvd (geliefert von dem Dämpfungskoeffizientsteuerteil 26),
um dadurch das Produkt C zu erhalten, und liefert das Produkt zu
dem Subtrahierer 31.
-
Der
Subtrahierer 31 subtrahiert einen Signalwert (Produkt)
C, der von dem Multiplizierer 30 aus dem Motorsteuersignal
Co geliefert wird, welches von dem Motorsteuerglied 17 geliefert
ist, und gibt den resultierenden Rest (Co-C) als ein neues oder korrigiertes Motorsteuersignal
zu dem Rückkoppelsteuerglied 17a aus.
-
Das
Rückkoppelsteuerglied 17a und
das Lenkzustandserfassungsglied 20 sind in ihrem Aufbau
und ihrer Funktion die gleichen, wie diejenigen der ersten, oben
mit Bezug auf 2 beschriebenen Ausführungsform
und eine weitere Beschreibung derselben kann deshalb entfallen.
-
Die
Steuereinheit 15a addiert oder subtrahiert daher von einer
Lenkmomentkomponente Mt entsprechend einem Lenkmomentsignal T einen Wert
CZ, der gleich dem Produkt aus einer Gierratenkomponente Ry1 entsprechend
einem Gierratensignal Y und einer Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente
Ry1 entsprechend einem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V ist, und
gibt, als ein Motorsteuersignal Co, die resultierende Summe (Mt
+ CZ) aus, wenn das Lenkrad in dem Rücklaufzustand ist, und gibt
den resultierenden Rest (Mt-CZ) aus, wenn das Lenkrad in dem Vorlaufzustand
ist. Außerdem
subtrahiert die Steuereinheit 15a von dem Motorsteuersignal
Co einen Wert C, der gleich dem Produkt aus einem Dämpfungskoeffizienten
Cvd entsprechend dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V und einem Wert
Dy3 entsprechend einem Wert dY ist, der durch Subtrahieren einer
Offsetgröße Oy1 entsprechend dem
Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V von dem Absolutwert ΔY der Änderungsrate
der Gierrate entsprechend dem Gierratensignal Y, um dadurch ein neues
Motorsteuersignal (Co-C) zu erhalten. Die Komponente CZ des Motorsteuersignals
Co, die der Gierrate Y entspricht, wirkt in einer Richtung entgegengesetzt
der Richtung der Lenkradbewegung. Dies bedeutet, daß in dem
Vorlaufzustand die Lenkunterstützungskraft
umso weniger von dem Elektromotor 10 bereitgestellt wird,
je größer die
Gierrate Y ist, während
in dem Rücklaufzustand
umso mehr Lenkgegenkraft (Kraft, die in einer Richtung entgegengesetzt
der Richtung der Drehung des Lenkrads 2 wirkt) von dem
Elektromotor 10 geliefert wird, je größer die Gierrate Y ist.
-
Außerdem wird
in Antwort auf eine plötzliche Änderung
der Gierrate (Gierwinkelbeschleunigung) die Lenkunterstützungskraft
des Elektromotors 10 verringert.
-
Selbst
bei einer Lenkbetätigung,
die mit im wesentlichen der gleichen Lenkgeschwindigkeit wie bei
der herkömmlichen
Kraftlenkvorrichtung unternommen wird, ist daher verhindert – da die
Fahrzeugverhaltenskomponente für
den Fahrer als einen Lenkgegenkraft zugänglich ist – daß die Vorderräder aufgrund
der Wirkung des Fahrzeugverhaltens und der Änderungsrate des Fahrzeugverhaltens
(Gierwinkelgeschwindigkeit und Gierwinkelbeschleunigung) übersteuert
werden. Die Differenz oder Verzögerung
zwischen der Lenkbetätigung
des Fahrers und der resultierenden Verhaltensänderung des Fahrzeugs kann
deshalb vermindert werden, wodurch sanfte Manöver des Fahrzeugs gewährleistet sind.
-
Der
Betrieb der Steuereinheit 15a der elektrischen Kraftlenkvorrichtung,
die in 4 gezeigt ist, wird mit Bezug auf ein in 6 gezeigtes
Flußdiagramm
beschrieben.
-
Wenn
ein Zündschlüsselschalter
(nicht gezeigt) des Fahrzeugs eingeschaltet wird, wird die Steuereinheit 15a durch
eine Batterie-Energiequelle 35 ( 3) mit Energie
versorgt, um einen Betrieb gemäß einem
darin gespeicherten Programm aufzunehmen (Schritt P0).
-
Der
die Steuereinheit 15a bildende Mikroprozessor startet eine
Steuerroutine, woraufhin ein Steuersignal wie ein Einschaltrücksetzsignal
zu verschiedenen Teilen geschickt wird, um die Teile zu initialisieren
(Schritt P1).
-
Dann
liest ein Schritt P2 die Intensität und Richtung eines Lenkmomentsignals
T, das von dem Lenkmomentsensor 12 ausgegeben wird.
-
Nachfolgend
berechnet ein Schritt P3 die Intensität und Wirkrichtung des Lenkmomentsignals
T und wandelt diese über
einen A/D-Wandler in einen Absolutwert Ct und ein Richtungsflag
Dt des Lenkmomentsignals T um. Der Absolutwert Ct und das Richtungsflag
Dt des Lenkmomentsignals T werden in dem Speicher gespeichert.
-
Danach
liest ein Schritt P4 aus der Datentabelle (15), die
in dem ROM des Lenkmomentberechnungsteils 21a gespeichert
ist (2), eine Lenkmomentkomponente Mt entsprechend
dem Lenkmoment Ct aus.
-
Dann
liest ein Schritt P5 die Intensität und Richtung eines Gierratensignals
Y, das in der analogen Form von dem Verhaltenssensor 13 ausgegeben wird.
-
Ein
Schritt P6 berechnet die Intensität und Wirkrichtung des Gierratensignals
Y und wandelt diese über
einen A/D-Wandler in einen Absolutwert Cy und eine Richtung der
Gierrate um. Der Absolutwert Cy und das Richtungsflag Dy der Gierrate
werden in dem Speicher gespeichert.
-
Nachfolgend
differenziert ein Schritt P7 die Gierrate Cy, um die Änderungsrate
der Gierrate Cy zu erhalten, wandelt die differenzierte Gierrate
in einen Absolutwert um und speichert den Absolutwert ΔY der Änderungsrate
der Gierrate (Fahrzeugverhaltensänderungsrate)
in dem Speicher.
-
Danach
liest ein Schritt P8 die Intensität und Richtung des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals
V, das in der analogen Form von dem Fahrzeuggeschwindigkeitsensor 14 ausgegeben
wird.
-
Ein
Schritt P9 berechnet die Intensität und Richtung des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals
V und wandelt diese über
einen A/D-Wandler
in einen Absolutwert Cv und ein Richtungsflag Dv der Fahrzeuggeschwindigkeit
um. Der Absolutwert Cv und das Richtungsflag Dv der Fahrzeuggeschwindigkeit werden
in dem Speicher gespeichert.
-
Dann
befiehlt ein Schritt P10 dem Lenkzustandserfassungsglied 20,
einen Vergleich zwischen dem Gierratenrichtungsflag Dy und dem Lenkmomentrichtungsflag
Dt durchzuführen,
und befiehlt ferner dem Schaltteil 23, in Antwort auf ein
Erfassungssignal Ss von dem Lenkzustandserfassungsglied 2 ein
Umschalten des Steuerbetriebs zwischen dem Fall, in dem das Flag
Dy und das Flag Dt übereinstimmen
(Dy = Dt), und dem Fall, in dem die Flags Dy und Dt nicht übereinstimmen
(Dy ≠ Dt).
-
Wenn
Dy = Dt gilt, wird das Lenksystem (mit dem Lenkrad) als in dem Vorlaufzustand
befindlich beurteilt, und die Steuerprozedur geht weiter zu einem
Schritt P11. Andererseits, wenn Dy ≠ Dt gilt, wird das Lenksystem
als in dem Rücklaufzustand
befindlich beurteilt und die Steuerprozedur geht zu einem Schritt
P15.
-
Der
Schritt P11 liest aus der Datentabelle (8), die
im Voraus in dem Speicher des Fahrzeugverhaltensberechnungsteils 21b gespeichert wurde, eine
Verhaltens (Gierraten)-Komponente Dy1 entsprechend dem Absolutwert
Cy der Gierrate aus.
-
Dann
liest ein Schritt P12 aus der Datentabelle (9), die
im Voraus in dem Speicher des Fahrzeuggeschwindigkeitsberechnungsteils 21c gespeichert
wurde, eine Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente Ry1 entsprechend
dem Absolutwert Cv der Fahrzeuggeschwindigkeit aus.
-
Ein
Schritt P13 multipliziert die Gierratenkomponente Dy1 entsprechend
dem Absolutwert Cy der Gierrate mit der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente
Ry1 entsprechend dem Absolutwert der Fahrzeuggeschwindigkeit und
setzt das resultierende Produkt als einen Signalwert CZ.
-
Danach
subtrahiert ein Schritt P14 den Signalwert CZ, der durch den Schritt
P13 erhalten wurde, von der Lenkmomentkomponente Mt in dem Speicher
des Lenkmomentberechnungsteils 21a, und speichert den verbleibenden
Rest (Mt-CZ) als ein Co.
-
Der
Schritt P15, der dann durchgeführt
wird, wenn (Dy ≠ Dt)
gilt, liest aus der Datentabelle (8), die
im Voraus in dem Speicher des Fahrzeugverhaltensberechnungsteils 21b gespeichert wurde,
eine Verhaltens (Gierraten)-Komponente Dy1 entsprechend dem Absolutwert
Cy der Gierrate aus.
-
Dann
liest ein Schritt P16 aus der Datentabelle (9), die
im Voraus in dem Speicher des Fahrzeuggeschwindigkeitsberechnungsteils 21c gespeichert
wurde, eine Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente Ry1 entsprechend
dem Absolutwert Cv der Fahrzeuggeschwindigkeit aus.
-
Ein
Schritt P17 multipliziert die Gierratenkomponente Dy1 entsprechend
dem Absolutwert Cy der Gierrate mit der Fahrzeuggeschwindigkeits komponente
Ry1 entsprechend dem Absolutwert der Fahrzeuggeschwindigkeit und
setzt das resultierende Produkt als einen Signalwert CZ.
-
Danach
addiert ein Schritt P18 die Lenkmomentkomponente Mt in dem Speicher
des Lenkmomentberechnungsteils 21a und den Signalwert CZ, der
im Schritt P17 erhalten wurde, und speichert die resultierende Summe
(Mt + CZ) als ein Co.
-
Nachfolgend
liest ein Schritt P19 aus der Datentabelle (12), die
im Voraus in dem Speicher des Offsetsteuerteils 27 gespeichert
wurde, eine Offsetgröße Oy1 entsprechend
dem Absolutwert Cv der Fahrzeuggeschwindigkeit aus.
-
Ein
Schritt P20 liest den Absolutwert ΔY der Änderungsrate der Gierrate (Fahrzeugverhaltensänderungsrate)
aus dem Speicher von Schritt P7 aus und subtrahiert davon die im
Schritt P19 ausgelesene Offsetgröße Oy1 (ΔY-Oy1), um dadurch
dY zu erhalten. Wenn der resultierende Rest negativ ist, gilt dy
= 0.
-
Dann
liest ein Schritt P21 aus der Datentabelle (13), die
im Voraus in dem Speicher des Fahrzeugverhaltensänderungsratenberechnungsteil 26 gespeichert
wurde, eine Korrektur Dy3 entsprechend dem Ausgangssignal dY von
dem Subtrahierer 29 aus.
-
Ein
Schritt P22 liest aus der Datentabelle (14), die
im Voraus in dem Speicher des Dämpfungskoeffizientensteuerteils 28 gespeichert
wurde, einen Dämpfungskoeffizienten
Cvd zum Korrigieren des Lenkunterstützungsmoments entsprechend
dem Absolutwert Cv der Fahrzeuggeschwindigkeit aus.
-
Nachfolgend
multipliziert ein Schritt P23 die Unterstützungsmomentkorrektur Dy3,
die im Schritt P21 entsprechend der Gierratenänderungsrate dY ausgelesen
wurde, und den Dämpfungskoeffizienten Cvd,
der im Schritt P22 für
die Korrektur des Unterstützungsmoments
entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit Cv ausgelesen wurde, um
dadurch ein neues Unterstützungsmomentkorrektursignal
C zu erhalten.
-
Danach
subtrahiert ein Schritt P24 das Unterstützungsmomentkorrektursignal
C von dem resultierenden Wert Co, der von dem Schritt P14 in dem Lenkungsvorlaufzustand
(Dy = Dt) ausgegeben wird, der im Schritt P10 erfaßt wurde,
und von dem resultierenden Wert Co, der von dem Schritt P18 in dem Lenkungsrücklaufzustand
(Dy ≠ Dt)
in Schritt P10 erfaßt
wird, und gibt den resultierenden Rest (Co-C) als ein neues Motorsteuersignal
zu der Motorsteuereinheit 16 aus.
-
Es
wird auf 5 Bezug genommen, die in einem
Blockdiagramm einen Hauptbereich einer dritten Ausführungsform
der elektrischen Kraftlenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt. Die elektrische Kraftlenkvorrichtung ist allgemein derart
aufgebaut, daß ein
Ausgangssignal, das erzeugt wird auf der Basis des Lenkmoments,
der Gierrate und der Fahrzeuggeschwindigkeit, unter Verwendung der Änderungsrate
der Gierrate und der Änderungsrate
der Fahrzeuggeschwindigkeit korrigiert wird, um ein Motorsteuersignal
zu steuern.
-
Wie
es in 5 gezeigt ist, umfaßt die elektrische Kraftlenkvorrichtung
allgemein einen Lenkmomentsensor 12, einen Verhaltenssensor 13,
einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14, einen Lenkgeschwindigkeitssensor 19,
eine Steuereinheit 15b, eine Motoransteuereinheit 16 und
einen Elektromotor 10. Der Lenkgeschwindigkeitssensor 19 erfaßt die Richtung
und Geschwindigkeit der Lenkradbewegung und erzeugt ein Lenkungssignal
SV.
-
Die
Steuereinheit 15b ist eine elektronische Mikroprozessorsteuereinrichtung
und umfaßt
ein Motorsteuerglied 17, ein Gegenkraftsteuerglied 18,
ein Rückkopplungssteuerglied 17a und
ein Lenkzustandserfassungsglied 20. Die Steuereinheit 15b wandelt das
Lenkmomentsignal T, das von dem Lenkmomentsensor 12 ausgegeben
wird, das Gierratensignal Y, das von dem Verhaltenssensor 13 ausgegeben wird,
und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V, das von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14 ausgegeben
wird, in eine Lenkmomentkomponente Mt, Gierratenkomponenten Dy1,
Dy2 bzw. Fahrzeuggeschwindigkeitskomponenten Ry1, Ry2 um, und zwar
auf der Basis von Absolutwerten der jeweiligen Signale T, Y und
V.
-
Außerdem erfaßt die Steuereinheit 15b auf der
Basis jeweiliger Richtungen des Lenkmomentsignals T und des Lenkgeschwindigkeitssignals
Sv, ob das Lenkrad in dem Vorlaufzustand oder in dem Rücklaufzustand
ist. Wenn der Vorlaufzustand erfaßt ist, subtrahiert die Steuereinheit 15b von
der Lenkmomentkomponente Mt entsprechend dem Lenkmomentsignal T
einen Wert CZ1, der gleich dem Produkt der Gierratenkomponente Dy1
entsprechend dem Gierratensignal Y und der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente
Ry1 entsprechend dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Y ist, und führt den
resultierenden Rest (Mt-CZ1) als ein Motorsteuersignal Co von dem
Motorsteuerglied 17 zu dem Gegenkraftsteuerglied 18 zu.
Andererseits, wenn der Rücklaufzustand
erfaßt
wird, addiert die Steuereinheit 15b die Lenkmomentkomponente
Mt und einen Wert CZ2, der gleich dem Produkt aus der Gierratenkomponente
Dy2 und der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente Ry2 ist, und führt die
resultierende Summe (Mt + CZ2) als das Motorsteuersignal Co von
dem Motorsteuerglied 17 zu dem Gegenkraftsteuerglied 18 zu. Außerdem subtrahiert
die Steuereinheit 15b von der Änderungsrate ΔY des Fahrzeugverhaltens
(Gierrate), die durch Differenzieren des Gierratensignals Cy von
dem Verhaltenssensor 13 erhalten ist, eine Offsetgröße Oy1 entsprechend
dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Cv von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14,
um einen Wert dY zu erhalten, subtrahiert ferner von dem Motorsteuersignal Co,
das von dem Motorsteuerglied 17 geliefert wird, einen Wert
C, der gleich dem Produkt aus dem Wert dY und einem Dämpfungskoeffizienten
Cvd entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit Cv ist, und liefert
den resultierenden Wert (Co-C) der Motoransteuereinheit 16.
-
Obwohl
es nicht gezeigt ist, jedoch in der gleichen Weise wie bei der in 2 gezeigten
Ausführungsform,
umfaßt
die Steuereinheit 15b auch vier Analog/Digital (A/D)-Wandler,
die für
eine Analog/Digitalwandlung jeweiliger Absolutwerte des Lenkmomentsignals
T, des Gierratensignals Y, des Lenkgeschwindigkeitssignals SV und
des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V verwendet werden, sowie vier
Richtungsbeurteilungsmittel oder -glieder zur Erfassung jeweiliger
Richtungen der vier Signale T, Y, SV und V mittels Richtungsflags
Dt, Dy, Dsv bzw. Dv.
-
Das
Lenkzustandserfassungsglied 20 erfaßt auf der Basis des Richtungsflags
Dt des Lenkmomentsignals T und des Richtungsflags Dsv des Lenkgeschwindigkeitssignals
Sv, ob das Lenkrad sich in dem Vorlaufzustand oder in dem Rücklaufzustand befindet,
und versorgt einen Schaltteil 23 des Motorsteuerglieds 17 mit
einem Lenkzustandssignal Ss entsprechend dem erfaßten Lenkzustand
derart, daß das
Lenkzustandssignal Ss auf einem Hoch (H)-Pegel oder einem logischen
Eins-Signal ist, wenn der Vorlaufzustand erfaßt ist, und auf einem Niedrig (L)-Pegel
oder einem logischen Null-Signal ist, wenn der Rücklaufzustand erfaßt ist.
-
Die
obige Erfassung des Lenkzustands wird derart erreicht, daß das Lenkrad
als in dem Vorlaufzustand befindlich beurteilt wird, wenn jeweilige
Symbole des Richtungsflags Dt und des Richtungsflags Dsv übereinstimmen
(Dt = Dsv), und als in dem Rücklaufzustand
befindlich beurteilt wird, wenn jeweilige Symbole der Richtungsflags
Dt und Dsv nicht übereinstimmen
(Dt ≠ Dsv).
-
Das
Motorsteuerglied 17 umfaßt einen Lenkmomentberechnungsteil 21a,
einen Fahrzeugverhaltensberechnungsteil 21b, einen Fahrzeuggeschwindigkeitsberechnungsteil 21c,
einen Vorlaufsteuerberechnungsteil 22a, einen Rücklaufsteuerberechnungsteil 22b,
zwei Multiplizierer 25 und 33 und den Schaltteil 23.
-
Das
Gegenkraftsteuerglied 18 umfaßt einen Verhaltensänderungsratenberechnungsteil 26,
einen Offsetsteuerteil 27, einen Dämpfungskoeffizientsteuerteil 28,
einen Korrekturberechnungsteil 32, einen Subtrahierer 29,
einen Multiplizierer 30 und einen Subtrahierer 31.
-
Der
Lenkmomentberechnungsteil 21a umfaßt einen Speicher wie einen
ROM (nicht gezeigt), der darin eine Tabelle von Daten, wie es in 15 gezeigt
ist, speichert, die im Voraus entweder theoretisch oder experimentell über das
Lenkmoment Ct, das durch einen Absolutwert des von dem Lenkmomentsensor 12 ausgegebenen
Lenkmomentsignals T repräsentiert
wird, und die Lenkmomentkomponente Mt entsprechend dem Lenkmoment
Ct zusammengestellt wurden. Wenn ein Lenkmoment Ct von dem Lenkmomentsensor 12 in
der Form eines Lenkmomentsignals T eingegeben wird, liest der Lenkmomentberechnungsteil 21a aus
der in dem ROM gespeicherten Datentabelle (15) eine
Lenkmomentkomponente Mt entsprechend dem eingegebenen Lenkmoment
Ct aus und führt
die ausgelesene Lenkmomentkomponente dem Vorlaufsteuerberechnungsteil 22a und
dem Rücklaufsteuerberechnungsteil 22b zu.
-
Der
Fahrzeugverhaltensberechnungsteil 21b umfaßt einen
Speicher wie einen ROM (nicht gezeigt), der eine Tabelle von Daten
für den
Lenkungsvorlaufzustand, wie es in 8 gezeigt
ist, speichert, die im Voraus entweder theoretisch oder experimentell über die
Gierrate Cy, die durch einen Absolutwert des von dem Verhaltenssensor 13 ausgegebenen Gierratensignals
Y repräsentiert
wird, und die Gierratenkomponente Dy1 entsprechend der Gierrate
Cy zusammengestellt wurden. Wenn eine Gierrate Cy von dem Verhaltenssensor 13 in
der Form eines Gierratensignals Y eingegeben wird, liest der Fahrzeugverhaltensberechnungsteil 21 aus
der in dem ROM gespeicherten Datentabelle (8) eine
Gierratenkomponente Dy1 entsprechend der eingegebenen Gierrate Cy
aus und liefert die ausgelesene Gierratenkomponente Dy1 zu dem Multiplizierer 25.
-
Der
Fahrzeugverhaltensberechnungsteil 21b speichert in dem
ROM ferner eine zusätzliche
Tabelle von Daten für
den Lenkungsrücklaufzustand,
wie es in 10 gezeigt ist, die im Voraus
entweder theoretisch oder experimentell über die Gierrate Cy, die durch
den Absolutwert des von dem Verhaltenssensor 13 ausgegebenen
Gierratensignals Y repräsentiert
wird, und die Gierratenkomponente Dy1 entsprechend der Gierrate
Cy zusammengestellt wurden. Wenn eine Gierrate Cy von dem Verhaltenssensor 13 in
der Form eines Gierratensignals Y eingegeben wird, liest der Fahrzeugvenhaltensberechnungsteil 21b aus
der in dem ROM gespeicherten Datentabelle (10) eine
Gierratenkomponente Dy2 entsprechend der eingegebenen Gierrate Cy
aus und liefert die ausgelesene Gierratenkomponente Dy2 zu dem Multiplizierer 33.
-
Der
Fahrzeuggeschwindigkeitsberechnungsteil 21c umfaßt einen
Speicher wie einen ROM (nicht gezeigt), der eine Tabelle von Daten
für den Lenkungsvorlaufzustand
speichert, wie es in 9 gezeigt ist, die im Voraus
entweder theoretisch oder experimentell über die Fahrzeuggeschwindigkeit
Cv, die durch einen Absolutwert des von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14 ausgegebenen
Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V repräsentiert wird, und die Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente
Ry1 entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit Cv zusammengestellt
wurden. Wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit Cv von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14 in
der Form eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V eingegeben wird,
liest der Fahrzeuggeschwindigkeitsberechnungsteil 21c aus der
in dem ROM gespeicherten Datentabelle (9) eine
Fahrzeug geschwindigkeitskomponente Ry1 entsprechend der eingegebenen
Fahrzeuggeschwindigkeit Cv aus und liefert die ausgelesene Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente
Ry1 zu dem Multiplizierer 25. In diesem Beispiel wird die
Richtung der Fahrzeuggeschwindigkeit durch das Richtungsflag Dv
angezeigt.
-
Der
Fahrzeuggeschwindigkeitsberechnungsteil 21c speichert in
dem ROM ferner eine zusätzliche
Tabelle von Daten für
den Lenkungsrücklaufzustand,
wie es in 11 gezeigt ist, die im Voraus
entweder theoretisch oder experimentell über die Fahrzeuggeschwindigkeit
Cv, die durch einen Absolutwert des von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14 ausgegebenen
Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V repräsentiert wird, und die Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente
Ry2 entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit Cv zusammengestellt
wurden. Wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit Cv von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14 in
der Form eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V eingegeben wird,
liest der Fahrzeuggeschwindigkeitsberechnungsteil 21c aus
der in dem ROM gespeicherten Datentabelle (11) eine
Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente Ry2 entsprechend der eingegebenen
Fahrzeuggeschwindigkeit Cv aus und liefert die ausgelesene Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente Ry2
zu dem Multiplizierer 33.
-
Der
Multiplizierer 25 multipliziert die Gierratenkomponente
Dy1, die von dem Fahrzeugverhaltensberechnungsteil 21b geliefert
wird, mit der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente Ry1, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitsberechnungsteil 21c geliefert
wird, und liefert das resultierende Produkt (Signalwert) CZ1 zu
dem Vorlaufsteuerberechnungsteil 22a.
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Der
Multiplizierer 33 multipliziert die Gierratenkomponente
Dy2, die von dem Fahrzeugverhaltensberechnungsteil 21b geliefert
wird, mit der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente Ry2, die von dem Fahrzeug geschwindigkeitsberechnungsteil 21c geliefert
wird, und liefert das resultierende Produkt (Signalwert) CZ2 zu
dem Rücklaufsteuerberechnungsteil 22b.
-
Der
Vorlaufsteuerberechnungsteil 22a ist aufgebaut durch einen
Speicher wie einen ROM, einen Subtrahierer und so weiter und subtrahiert
von der Lenkmomentkomponente Mt das Produkt (Signalwert) CZ1 aus
der Gierratenkomponente Dy1 und der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente
Ry1 und gibt den resultierenden Rest (Mt-CZ1) als ein Vorlaufzustandsmotorsteuersignal
an den Schaltteil 23 aus.
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Der
Rücklaufsteuerberechnungsteil 22b ist aufgebaut
durch einen Speicher wie einen ROM, einen Addierer und so weiter
und addiert die Lenkmomentkomponente Mt und das Produkt (Signalwert) CZ2
aus der Gierratenkomponente Dy2 und der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente
Ry2 und gibt die resultierende Summe (Mt + CZ2) als ein Rücklaufzustandsmotorsteuersignal
zu dem Schaltteil 23 aus.
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Der
Schaltteil 23 besitzt eine softwaregesteuerte Schaltfunktion
und wählt
das Vorlaufmotorsteuersignal (Mt-CZ1), wenn das von dem Lenkzustandserfassungsglied 20 gelieferte
Lenkzustandssignal Ss auf dem Hoch (H)-Pegel (logisches Eins-Signal)
ist, und wählt
das Rücklaufmotorsteuersignal
(Mt + CZ2), wenn das von dem Lenkzustandserfassungsglied 20 gelieferte
Lenkzustandssignal Ss auf dem Niedrig (L)-Pegel (logisches Null-Signal) ist. Das ausgewählte Motorsteuersignal
(Mt-CZ1) oder (Mt
+ CZ2) wird als ein Motorsteuersignal Co zu dem Subtrahierer 31 des
Gegenkraftsteuerglieds 18 ausgegeben.
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Der
Fahrzeugverhaltensänderungsratenberechnungsteil 26,
der eine Arithmetik/Logikeinheit und einen ROM umfaßt, differenziert
das Gierratensignal Y von dem Verhaltenssensor 13, um die Änderungsrate
des Gierratensignals Y zu erhalten, wandelt die Änderungsrate in einen Absolutwert
um, um die Änderungsrate ΔY der Gierrate
(Fahrzeugverhalten) zu berechnen und liefert die Änderungsrate ΔY der Gierrate
(Fahrzeugverhaltensänderungsrate)
zu dem Subtrahierer 29.
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Der
Offsetsteuerteil 27 umfaßt einen Speicher wie einen
ROM (nicht gezeigt), der eine Tabelle von Daten speichert, wie es
in 12 gezeigt ist, die im Voraus entweder theoretisch
oder experimentell über
die Fahrzeuggeschwindigkeit Cv und die Offsetgröße Oy1 entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit
Cv zusammengestellt wurden. Wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit Cv
von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14 eingegeben wird,
liest der Offsetsteuerteil 27 aus der in dem ROM gespeicherten
Datentabelle (12) eine Offsetgröße Oy1 entsprechend
der eingegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit Cv aus und liefert die
ausgelesene Offsetgröße Oy1 zu
dem Subtrahierer 29.
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Der
Dämpfungskoeffizientsteuerteil 28 umfaßt einen
Speicher wie einen ROM (nicht gezeigt), der eine Tabelle von Daten
speichert, wie es in 14 gezeigt ist, die im Voraus
entweder theoretisch oder experimentell über die Fahrzeuggeschwindigkeit
Cv und den Dämpfungskoeffizienten
Cvd entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit Cv zusammengestellt
wurden. Wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit Cv von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14 eingegeben
wird, liest der Dämpfungskoeffizientsteuerteil 28 aus
der in dem ROM gespeicherten Datentabelle (14) einen
Dämpfungskoeffizienten Cvd
entsprechend der eingegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit Cv aus und
liefert den ausgelesenen Dämpfungskoeffizienten
Cvd zu dem Multiplizierer 30.
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Der
Subtrahierer 29 subtrahiert die Offsetgröße Oy1 (geliefert
von dem Offsetsteuerteil 27) von dem Absolutwert ΔY der Änderungsrate
der Gierrate (geliefert von dem Fahrzeugverhaltensänderungsratenberechnungsteil 26),
um einen Wert dY zu erhalten, und liefert diesen Wert dY zu dem
Korrekturberechnungsteil 32.
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Der
Korrekturberechnungsteil 32 umfaßt einen Speicher wie einen
ROM (nicht gezeigt), der eine Tabelle von Daten speichert, wie es
in 13 gezeigt ist, die im Voraus entweder theoretisch
oder experimentell über
das Ausgangssignal dY von dem Subtrahierer 29 und der Korrektur
Dy3 entsprechend dem Ausgangssignal dY zusammengestellt wurden. Wenn
ein Ausgangssignal dY von dem Subtrahierer 29 eingegeben
wird, liest der Korrekturberechnungsteil 32 aus der in
dem ROM gespeicherten Tabelle (13) eine
Korrektur Dy3 entsprechend dem eingegebenen Ausgangssignal dY aus
und liefert die ausgelesene Korrektur Dy3 zu dem Multiplizierer 30.
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Der
Multiplizierer 30 multipliziert die Korrektur Dy3 (geliefert
von dem Korrekturberechnungsteil 32) mit dem Dämpfungskoeffizienten
Cvd (geliefert von dem Dämpfungskoeffizientsteuerteil 26),
um dadurch das Produkt C zu erhalten, und liefert das Produkt C
zu dem Subtrahierer 31.
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Der
Subtrahierer 31 subtrahiert einen Signalwert (Produkt)
C, der von dem Multiplizierer 30 aus dem Motorsteuersignal
Co geliefert wird, das von dem Motorsteuerglied 17 geliefert
wird, und gibt den resultierenden Rest (Co-C) als ein neues oder
korrigiertes Motorsteuersignal zu dem Rückkopplungssteuerglied 17a aus.
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Das
Rückkopplungssteuerglied 17a und
das Lenkzustandserfassungsglied 20 besitzen den gleichen
Aufbau und die gleiche Funktion wie diejenigen der ersten, oben
mit Bezug auf 2 beschriebenen Ausführungsform
und eine weitere Beschreibung derselben kann deshalb entfallen.
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Wenn
das Lenkrad 2 sich in dem Vorlaufzustand befindet, subtrahiert
die Steuereinheit 15b daher von der Lenkmomentkomponente
Mt entsprechend dem Lenkmomentsignal T einen Wert CZ1, der gleich
dem Produkt aus der Gierratenkomponente Dy1 entsprechend der Gierrate
und der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente Ry1 entsprechend der Fahrzeug geschwindigkeit
ist, und gibt den resultierenden Rest (Mt-CZ1) als ein Motorsteuersignal
Co aus. Andererseits, wenn das Lenkrad 2 sich in dem Rücklaufzustand
befindet, addiert die Steuereinheit 15b die Lenkmomentkomponente
Mt und einen Wert CZ2, der gleich dem Produkt aus der Gierratenkomponente
Dy2 und der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente Ry2 ist, und gibt
die resultierende Summe (Mt + CZ2) als das Motorsteuersignal Co
aus. Außerdem
subtrahiert die Steuereinheit 15b von dem Motorsteuersignal
Co einen Wert C, der gleich dem Produkt aus einem Dämpfungskoeffizienten
Cvd entsprechend dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Cv und einem
Wert Dy3 entsprechend einem Wert dY ist, der durch Subtrahieren
einer Offsetgröße Oy1 entsprechend
dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Cv erhalten ist, von dem Absolutwert ΔY der Änderungsrate
der Gierrate entsprechend dem Gierratensignal Y, um dadurch ein
neues Motorsteuersignal (Co-C) zu erhalten. Sowohl im Lenkungsvorlaufzustand
als auch im Lenkungsrücklaufzustand
wird die Dämpfungskorrektur
in der zu der Lenkradbewegung entgegengesetzten Richtung erzielt.
Dementsprechend ist die Lenkunterstützungskraft von dem Elektromotor 10 verringert,
wenn die Gierrate plötzlich verändert wird.
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Der
Betrieb der Steuereinheit 15b der in 5 gezeigten,
elektrischen Kraftlenkvorrichtung wird mit Bezug auf ein in 7 gezeigtes
Flußdiagramm
beschrieben.
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Wenn
der Zündschlüsselschalter
(nicht gezeigt) des Fahrzeugs eingeschaltet wird, wird die Steuereinheit 15b durch
die Batterie-Energiequelle 35 (3) mit Energie
versorgt, um den Betrieb gemäß einem
darin gespeicherten Programm aufzunehmen (Schritt P100).
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Der
die Steuereinheit 15b bildende Mikroprozessor startet eine
Steuerroutine, woraufhin ein Steuersignal wie ein Einschaltrücksetzsignal
zu verschiedenen Teil geschickt wird, um diese Teile zu initialisieren
(Schritt P101).
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Dann
liest ein Schritt P102 die Intensität und Richtung eines analogen
Lenkmomentsignals T, das von dem Lenkmomentsensor 12 ausgegeben
wird.
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Nachfolgend
berechnet ein Schritt P103 die Intensität und Wirkrichtung des Lenkmomentsignals T
und wandelt diese über
einen A/D-Wandler in einen Absolutwert Ct und ein Richtungsflag
Dt des Lenkmomentsignals T um. Der Absolutwert Ct und das Richtungsflag
Dt des Lenkmomentsignals T werden in dem Speicher gespeichert.
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Danach
liest ein Schritt P104 die Intensität und Richtung eines Gierratensignals
Y, das in der analogen Form von dem Verhaltenssensor 13 ausgegeben
wird.
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Ein
Schritt P105 berechnet die Intensität und Wirkrichtung des Gierratensignals
Y und wandelt diese über
einen A/D-Wandler in einen Absolutwert Cy und eine Richtung der
Gierrate um. Der Absolutwert Cy und das Richtungsflag Dy der Gierrate
werden in dem Speicher gespeichert.
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Nachfolgend
differenziert ein Schritt P106 die Gierrate Cy, um die Änderungsrate
der Gierrate Cy zu erhalten, wandelt die differenzierte Gierrate
in einen Absolutwert um und speichert den Absolutwert ΔY der Änderungsrate
der Gierrate (Fahrzeugverhaltensänderungsrate)
in dem Speicher.
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Ein
Schritt 107 liest die Richtung und die Intensität eines
analogen Lenkgeschwindigkeitssignals SV, das von dem Lenkgeschwindigkeitssensor 19 ausgegeben
wird.
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Dann
berechnet ein Schritt 108 die Wirkrichtung der Lenkgeschwindigkeit
und wandelt sie über einen
A/D-Wandler in ein Richtungsflag Dsv um. Das Richtungsflag Dsv wird
in dem Speicher gespeichert.
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Nachfolgend
liest ein Schritt 109 die Intensität und die Richtung eines analogen
Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V, das von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14 ausgegeben
wird.
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Ein
Schritt 110 berechnet die Intensität und die Richtung der Fahrzeuggeschwindigkeit
und wandelt diese in die Fahrzeuggeschwindigkeit Cv und das Richtungsflag
Dv der Fahrzeuggeschwindigkeit um. Die Fahrzeuggeschwindigkeit Cv
und das Richtungsflag Dv werden in dem Speicher gespeichert.
-
Ein
Schritt 111 liest aus der in dem ROM des Lenkmomentberechnungsteils 21a (2)
gespeicherten Datentabelle (15) eine
Lenkmomentkomponente Mt aus, die dem Lenkmoment Ct entspricht.
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Dann
befiehlt ein Schritt P112 dem Lenkzustandserfassungsglied 20,
einen Vergleich zwischen dem Lenkgeschwindigkeitsrichtungsflag Dsv
und dem Lenkmomentrichtungsflag Dt durchzuführen und befiehlt ferner dem
Schaltteil 23, in Antwort auf ein Erfassungssignal Ss von
dem Lenkzustandserfassungsglied 20 ein Umschalten des Steuerbetriebs zwischen
dem Fall, in dem das Flag Dsv und das Flag Dt übereinstimmen (Dsv = Dt) und
dem Fall, in dem die Flags Dsv und Dt nicht übereinstimmen (Dsv ≠ Dt).
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Wenn
Dsv = Dt gilt, wird das Lenksystem (mit dem Lenkrad) als in dem
Vorlaufzustand befindlich beurteilt und die Steuerprozedur geht
weiter zu einem Schritt P113. Andererseits, wenn Dy ≠ Dt gilt, wird
das Lenksystem als in dem Rücklaufzustand
befindlich beurteilt und die Steuerprozedur geht zu einem Schritt
P117.
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Der
Schritt P113 liest aus der im Voraus in dem Speicher des Fahrzeugverhaltensberechnungsteils 21b gespeicherten
Datentabelle (8) eine Verhaltens (Gierraten)-Komponente
Dy1 entsprechend dem Absolutwert Cy der Gierrate aus.
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Dann
liest ein Schritt P114 aus der im Voraus in dem Speicher des Fahrzeuggeschwindigkeitsberechnungsteils 21c gespeicherten
Datentabelle (9) eine Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente Ry1
aus, die dem Absolutwert Cv der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht.
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Ein
Schritt P115 multipliziert die Gierratenkomponente Dy1 entsprechend
dem Absolutwert Cy der Gierrate mit der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente
Ry1 entsprechend dem Absolutwert Cv der Fahrzeuggeschwindigkeit
und setzt das resultierende Produkt als einen Signalwert CZ1.
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Danach
subtrahiert ein Schritt P116 den durch den Schritt P115 erhaltenen
Signalwert CZ1 von der Lenkmomentkomponente Mt, die in einem Schritt
erhalten wurde, und speichert den resultierenden Rest (Mt-CZ1) als
ein Co.
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Der
Schritt P117, der dann ausgeführt
wird, wenn (Dsv ≠ Dt)
gilt, liest aus der im Voraus in dem Speicher des Fahrzeugverhaltensberechnungsteils 21b gespeicherten
Datentabelle (10) eine Verhaltens (Gierraten)-Komponente Dy2 aus,
die dem Absolutwert Cy der Gierrate entspricht.
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Dann
liest ein Schritt P118 aus der im Voraus in dem Speicher des Fahrzeuggeschwindigkeitsberechnungsteils 21c gespeicherten
Datentabelle (11) eine Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente
Ry2 aus, die dem Absolutwert Cv der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht.
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Ein
Schritt P119 multipliziert die Gierratenkomponente Dy2 entsprechend
dem Absolutwert Cy der Gierrate mit der Fahrzeuggeschwindigkeitskomponente
Ry2 entsprechend dem Absolutwert Cv der Fahrzeug geschwindigkeit
und setzt das resultierende Produkt als einen Signalwert CZ2.
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Danach
addiert ein Schritt P120 die Lenkmomentkomponente Mt, die im Schritt
P111 erhalten wurde, und den Signalwert CZ2, der in Schritt P119 erhalten
wurde, und speichert die resultierende Summe (Mt + CZ2) als ein
Co.
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Mit
Bezug auf jeden der Ausgangswerte Co in dem Lenkungsvorlaufzustand
(Dsv = Dt) und dem Lenkungsrücklaufzustand
(Dsv ≠ Dt),
der im Schritt 112 erhalten wurde, liest nachfolgend ein
Schritt P121 aus der im Voraus in dem Speicher des Offsetsteuerteils 27 gespeicherten
Datentabelle ( 12) eine Offsetgröße Oy1 entsprechend
dem Absolutwert Cv der Fahrzeuggeschwindigkeit aus.
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Ein
Schritt P122 liest den Absolutwert ΔY der Änderungsrate der Gierrate (Fahrzeugverhaltensänderungsrate)
aus dem Speicher in Schritt P106 aus und subtrahiert davon die Offsetgröße Oy1,
die im Schritt P121 ausgelesen wurde (ΔY-Oy1), um einen Wert dY zu
erhalten. Wenn der resultierende Rest negativ ist, gilt dY = 0.
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Dann
liest ein Schritt P123 aus der im Voraus in dem Speicher des Fahrzeugverhaltensänderungsratenberechnungsteils 26 gespeicherten
Datentabelle (13) eine Korrektur Dy3 entsprechend
dem Ausgangssignal dY von dem Subtrahierer 29 aus.
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Ein
Schritt P124 liest aus der im Voraus in dem Speicher des Dämpfungskoeffizientsteuerteils 28 gespeicherten
Datentabelle (14) einen Dämpfungskoeffizienten Cvd zum
Korrigieren des Lenkunterstützungsmoments
entsprechend dem Absolutwert Cv der Fahrzeuggeschwindigkeit aus.
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Nachfolgend
multipliziert ein Schritt P125 die Unterstützungsmomentkorrektur Dy3,
die im Schritt P123 entsprechend der Gierratenänderungsrate dY ausgelesen
wurde, mit dem im Schritt P124 ausgelesenen Dämpfungskoeffizienten Cvd zur
Korrektur des Unterstützungsmoments
entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit Cv, um dadurch ein neues Unterstützungsmomentkorrektursignal
C zu erhalten.
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Danach
subtrahiert ein Schritt P126 das im Schritt 125 erhaltene
Unterstützungsmomentkorrektursignal
C von dem im Schritt P116 ausgegebenen Wert (Motorsteuersignal)
Co und von dem Wert Co, der von Schritt P120 ausgegeben wurde, und
gibt den resultierenden Rest (Co-C) als ein neues Motorsteuersignal
an die Motorsteuereinheit 16 aus.
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Da
die auf Änderungen
der Fahrzeuggeschwindigkeit reagierende Sensitivität des Fahrzeugverhaltens
und die auf Änderungen
des Fahrzeugverhaltens reagierende Lenkgegenkraft dem Fahrer geliefert
werden, ist der Lenkvorgang über
einen ganzen vorgeschriebenen Bereich der Fahrzeuggeschwindigkeit
sanft durchgeführt,
ohne eine Verzögerung
zwischen der manuellen Lenkbetätigung
und der Fahrzeugverhaltensantwort zu bewirken.
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Zusammenfassend
wurde eine elektrische Kraftlenkvorrichtung mit einem Lenkgetriebemechanismus
variablen Verhältnisses
beschrieben, umfassend einen Elektromotor 10 zum Ausüben eines Lenkunterstützungsmoments
auf das Lenksystem eines Fahrzeugs, eine Steuereinheit 15 zum
Steuern/Regeln des Betriebs des Elektromotors auf der Basis wenigstens
eines Lenkmoments des Lenksystems, und eine Motoransteuereinheit 16 zum
Ansteuern des Motors 10 auf der Basis eines Ausgangssignals
Co von der Steuereinheit. Die Steuereinheit umfaßt einen Lenkmomentberechnungsteil 21a zum Ausgeben
einer Lenkmomentkomponente Mt entsprechend dem Lenkmoment, und einen
Fahrzeugverhaltensberechnungsteil 21b zum Ausgeben einer Verhaltenskomponente
Dy1 entsprechend einem Fahrzeugverhalten. Die Steuereinheit korrigiert
die Lenkmomentkomponente Mt durch Dämpfen derselben mit der Verhaltenskomponente
Dy1.
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Offensichtlich
sind im Hinblick auf die obige Lehre verschiedene kleinere Änderungen
und Modifikationen der vorliegenden Erfindung möglich. Es ist verständlich,
daß im
Rahmen der beigefügten
Ansprüche
die vorliegende Erfindung anders als im besonderen beschrieben durchgeführt werden
kann.