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Die vorliegenden Erfindung betrifft
ein elektrisches Servolenksystem zum Unterstützen der Lenkkraft mittels
eines Motors.
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Ein übliches elektrisches Servolenksystem bestimmt
die Lenkhilfskraft auf der Grundlage eines Lenkdrehmoments, das
auf eine mit einem Lenkrad verbundene Lenkwelle ausgeübt wird,
sowie einer Fahrzeuggeschwindigkeit, und es steuert das Ausgabedrehmoment
eines mit einem Lenksystem verbundenen Motors auf der Grundlage
dieser Lenkhilfskraft zum Unterstützen der Lenkkraft des Lenksystems. Zum
Verbessern eines Lenkgefühls
wird das Ausgangsdrehmoment des Motors auf der Grundlage der Winkelgeschwindigkeit
und einer Winkelbeschleunigung des Motors korrigiert, sowie des
Zeitdifferenzierwertes des Lenkdrehmoments oder dergleichen.
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Die
13 zeigt
ein Diagramm zum Darstellen der Struktur der für die Lenksteuerung in einem üblichen
elektrischen Lenkservosystem eingesetzten Software, wie es beispielsweise
in der
JP 8-175404 A offenbart
ist. In der
13 bezeichnet
das Bezugszeichen
1 einen Motor, der mit einem Lenksystem über ein
Untersetzungsgetriebe zum Erzeugen einer Lenkhilfskraft verbunden
ist, ferner 2 eine Berechnungsvorrichtung für die Motorwinkelgeschwindigkeit zum
Berechnen der elektromotorischen Rückkraft des Motors anhand eines
Motordetektionsstroms Im und einer an dem Motor anliegenden Spannung
Vm zum Erhalten eines geschätzten
Werts der Drehwinkelgeschwindigkeit (auf die im folgenden als "Motorwinkelgeschwindigkeit" Bezug genommen wird) ωm des Motors
1 und
ferner zum Ausgeben des geschätzten
Wertes ω der
Motorwinkelgeschwindigkeit, ferner 3 eine Berechnungsvorrichtung
für die
Motorwinkelbeschleunigung zum Berechnen einer Motorwinkelbeschleunigung
durch Differenzieren des obigen geschätzten Werts ω der Motorwinkelgeschwindigkeit
und zum Ausgeben des Werts als Schätzwert (dω/dt) der Motorwinkelbeschleunigung.
Das Bezugszeichen
4 bezeichnet eine Berechnungsvorrichtung
für den
Kompensationsstrom der Coulomb'schen
Reibung zur Berechnung eines Kompensationsstroms Ic für die Coulomb'sche Reibung, und zwar
für das
Kompensieren der Coulomb'schen
Reibung des Lenksystems auf der Grundlage des obigen Schätzwerts ω der Motorwinkelgeschwindigkeit,
ferner bezeichnet
5 eine Berechnungsvorrichtung für den Kompensationsstrom
der Flüssigkeitsreibung zum
Berechnen des Kompensationsstroms Id für die Flüssigkeitsreibung, und zwar
für das
Kompensieren der Flüssigkeitsreibung
der Lenksystems auf der Grundlage des obigen Schätzwerts ω der Motorwinkelgeschwindigkeit,
ferner 6 eine Berechnungsvorrichtung für den Trägheitskompensationsstrom zum Berechnen
eines Trägheitskompensationsstroms
Ij zum Kompensieren des Trägheitsmoment
des Lenksystems auf der Grundlage des Schätzwerts (dω/dt) für die Motorwinkelbeschleunigung,
ferner
7 eine Berechnungsvorrichtung für den Lenkkraft-Hilfsstrom zum Berechnen
eines Lenkkraft-Hilfsstroms Is zum Unterstützen der Lenkkraft eines Fahrers
auf der Grundlage des Lenkdrehmoments Vt des Fahrers, und
8 eine
Stromsteuervorrichtung für
eine Gegenkopplungsregelung des Antriebsstroms des Motors
1 so,
daß der
obige Motordetektionsstrom Im und der Motorsoll- bzw. Targetstrom Isum, der durch Addieren
des obigen Kompensationsstroms Ic der Coulomb'schen Reibung, des Kompensationsstroms
Id der Flüssigkeitsreibung,
des Trägheitskompensationsstroms
Ij und des Lenkkraft-Hilfsstroms Is erhalten wird, gleich zueinander
werden.
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Nun erfolgt nachfolgend eine Beschreibung des
Betriebs des elektrischen Servolenksystems. Die Berechnungsvorrichtung 2 der
Motorwinkelgeschwindigkeit berechnet einen Schätzwert ω der Motorwinkelgeschwindigkeit ωm anhand
eines Motordetektionsstroms Im und einer an dem Motor anliegenden
Spannung Vm. Der Motor 1 ist ein getrennt erregter DC-Motor.
Dreht sich der Motor 1 zum Unterstützen der Lenkkraft eines Fahrers,
während
er das Lenkrad betätigt,
so wird eine elektromotorische Gegenkraft Ve proportional zu der
Motorwinkelgeschwindigkeit ωm
in dem Motor 1 erzeugt. Die Beziehung zwischen der Motorwinkelgeschwindigkeit ωm und der
elektromotorischen Gegenkraft Ve des Motors läßt sich durch die folgende
Gleichung (1) ausdrücken: Ve = Ke·ωm (1)derart, daß Ve eine
elektromotorische Gegenkraft des Motors (V) ist, ferner Ke eine
Konstante der elektromotorischen Gegenkraft des Motors (V·s/rad)
und ωm
eine Motorwinkelgeschwindigkeit (rad/s).
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Die Berechnungsvorrichtung 2 für die Motorwinkelgeschwindigkeit
berechnet eine elektromotorische Gegenkraft des Motor Ve auf der
Grundlage der folgenden Gleichung (2) anhand dem detektierten Motorstrom
Im sowie einer am Motor anliegenden Spannung Vm: Ve = Vm – Im·Ra (2)derart, daß Ra einen
Widerstandswert einer Motorwicklung darstellt.
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Der Schätzwert ω für die Motorwinkelgeschwindigkeit ωm wird anhand
des Ausdrucks ω = (Vm – ImRa)/Ke
berechnet, unter Einsatz des Wertes der elektromotorischen Gegenkraft
des Motors Ve, der anhand der obigen Gleichung (2) und der obigen Gleichung
(1) erhalten wird. Dieser Schätzwert ω der Motorwinkelgeschwindigkeit
wird an die Berechnungsvorrichtung für die Motorwinkelbeschleunigung 3 ausgegeben,
ferner an die Berechnungsvorrichtung 4 für den Kompensationsstrom
der Coulomb'schen
Reibung und die Berechnungsvorrichtung 5 für den Kompensationsstrom
der Flüssigkeitsreibung.
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Die Berechnungsvorrichtung 3 für die Winkelbeschleunigung
des Motors erzielt einen Schätzwert
der Motorwinkelbeschleunigung (dω/dt)
durch Ausführen
eines Differenzierbetriebs bei dem obigen Schätzwert ω der Motorwinkelgeschwindigkeit
von der Berechnungsvorrichtung 2 für die Motorwinkelgeschwindigkeit,
und sie gibt diese an eine Berechnungsvorrichtung 6 für einen
Trägheits-Kompensationsstrom
aus.
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Bei dem elektrischen Servolenksystem nimmt
aufgrund der Tatsache, daß die
Reibung des Motors 1 zu dem Lenksystem übertragen wird, die Reibung
des Lenksystems zu, wodurch sich die Rückführbarkeit des Lenkrads bei
niedriger Geschwindigkeit verschlechtern kann.
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Die Berechnungsvorrichtung 4 für den Kompensationsstrom
der Coulomb'schen
Reibung berechnet einen Kompensationsstrom der Coulomb'schen Reibung Ic
zum Kompensieren einer Erhöhung
der Reibung des Lenksystems. Wie in 14 gezeigt,
ist dieser Kompensationsstrom der Coulomb'schen Reibung Ic ein Strom mit einem
festen Wert, der vorgegeben ist, wenn der Schätzwert ω der Motorwinkelgeschwindigkeit
einen vorgegebenen Wert ω0 übersteigt,
so daß eine
Lenkhilfskraft entlang derselben Richtung wie der Drehrichtung des Motors 1 angewandt
wird.
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Da der Motor 1 mit dem elektrischen
Servolenksystem verbunden ist, erhöht sich das Trägheitsmoment
des Lenksystems. Dies führt
zu einer Erhöhung
der Lenkkraft dann, wenn das Lenkrad schnell gedreht wird, oder
zu einer schlechten Manövrierfähigkeit
des Lenkrads, wenn die Spur bei hoher Geschwindigkeit gewechselt
wird.
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Wie in 15 gezeigt,
bestimmt die Berechnungsvorrichtung für den Trägheits-Kompensationsstrom 6 einen
Trägheits-Kompensationsstrom
Ij proportional zum dem Schätzwert
(dω/dt)
der Motorwinkelbeschleunigung, wodurch das Ansprechverhalten des
elektrischen Servolenksystems verbessert ist.
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Wie in 16 gezeigt,
gibt die Berechnungsvorrichtung 5 für den Kompensationsstrom der
Flüssigkeitsreibung
den Kompensationsstrom für
die Flüssigkeitsreibung
Id ab, der proportional zu dem Schätzwert ω der Motorwinkelgeschwindigkeit
ist und eine Polarität entgegengesetzt
zu derjenigen des Wertes aufweist, wodurch die Dämpfung des elektrischen Servolenksystems
verbessert ist.
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Die Berechnungsvorrichtung 7 für den Lenkkraft-Hilfsstrom
gibt einen Lenkkraft-Hilfsstrom Is ab, und zwar zum Unterstützen der
Lenkkraft in Übereinstimmung
mit einer Wagengeschwindigkeit Vs und einem Lenkdrehmoment Vt, wie
in 17 gezeigt, wenn
der Fahrer das Lenkrad handhabt und das Lenkdrehmoment Vt ansteigt,
wodurch die Lenkkraft des Fahrers reduziert ist. Der Wert des Lenkkraft-Hilfsstroms
Is erhöht
sich mit abnehmender Wagengeschwindigkeit Vs.
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Die derart erhaltenen obigen Ströme (Ic,
Id, Ij, Is) werden addiert, damit ein Soll- bzw. Targetstrom Isum
des Motors 1 erhalten wird. Die Stromsteuervorrichtung 8 führt eine
Gegenkopplungsregelung des Antriebsstroms des Motors 1 durch,
und sie treibt den Motor 1 derart an, daß der Motorsollstrom
Isum und der bei dem Motor detektierte Strom Im gleich zueinander
sind.
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Die Reibung läßt sich – wie in 18 gezeigt – gemäß "Universitätslehrgang, Automatisches Steuern
bzw. Regeln", geschrieben
von Masami Ito, modellieren. D.h., bei Stillstand eines Objekts
liegt eine Haftreibung, im folgenden auch statische Reibung genannt,
proportional zu dem vertikalen Widerstandswert des Objekts vor,
und wenn das Objekt eine Geschwindigkeit annimmt, so liegt eine
Flüssigkeitsreibung
proportional zu der Geschwindigkeit des Objekts auf der Grundlage
einer Bewegungsreibung, im folgenden auch dynamische Reibung genannt, vor,
die als "Coulomb'sche Reibung" bezeichnet wird. Im
Gegensatz hierzu werden in dem üblichen
elektrischen Servolenksystem die Coulomb'sche Reibung und die Flüssigkeitsreibung
des Lenksystems kompensiert, während
die statische Reibung nicht berücksichigt
wird. Demnach liegt bei dem üblichen elektrischen
Servolenksystem ein Problem dahingehend vor, daß ein schlechtes Lenkgefühl bei der
Neutralposition des Lenkrads auftritt, das ein Fahrer so fühlt, als
ob das Lenkrad gesperrt ist, wenn er mit der Betätigung beginnt, und zwar aufgrund
des Einflusses dieser statischen Reibung (im folgenden als "Lenkgefühl im Zentrum" bezeichnet).
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Bei dem elektrischen Servolenksystem
wird allgemein dann, wenn das Lenkgefühl im Zentrum – wie oben
beschrieben – schwer
ist, eine Vorrichtung zum Addieren eines Stroms proportional zu
dem Differenzierwert des Drehmoments eines Motorstroms allgemein
eingesetzt. Jedoch wird die Kompensierung mit einem Strom proportional
zu dem Differenzierwert des Drehmoments hauptsächlich verfolgt, um den Einfluß der Trägheitskraft
des Motors
1 zu berücksichtigen,
wie in der
JP 3-42235
B2 beschrieben, und nicht zum Kompensieren der statischen Reibung
des Lenksystems. Demnach wird das Trägheitsmoment des Motors in
zu starkem Maße
dann kompensiert, wenn ein Trägheits-Kompensationsstrom
Ij zum Kompensieren des Trägheitsmoments des
Motors
1 gemäß dem Stand
der Technik zu einem Strom addiert wird, der proportional zu dem
Differenzierwert des Drehmoments ist, was zu einem nicht stetigen
Lenkgefühl
oder der Oszillation eines Motorstroms führt.
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Aus
DE 197 42 370 A1 ist ein elektrisches Servolenksystem
bekannt, welches eine Kompensation der Reibung des elektrischen
Servolenksystems durchführt.
In dem bekannten Servolenksystem wird beurteilt, ob die Differenz
zwischen dem absoluten Wert der elektromotorischen Gegenkraft und
dem absoluten Wert einer Totzone, die proportional dem Stromwert
ist, größer als
Null ist oder nicht. Wenn die Differenz nicht größer ist als Null, wird die
Motorwinkelgeschwindigkeit auf Null gesetzt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht in der Erzielung einer Lösung
der obigen Probleme zum Verbessern des Lenkgefühls. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst wie in
Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein elektrisches Lenkservosystem geschaffen, das
eine Vorrichtung zum Erhalten eines Schätzwerts der statischen Reibung
eines Lenksystems enthält
sowie eine Vorrichtung zum Kompensieren der statischen Reibung des
Lenksystems auf der Grundlage dieses Schätzwerts der statischen Reibung.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Servolenksystem geschaffen,
derart, daß eine
Zunahme des Lenkdrehmoments aufgrund der statischen Reibung dann, wenn
ein Fahrer mit dem Betreiben eines Lenkrads beginnt, durch Auswerten
eines steilen Anstiegs, im folgenden auch Extrahieren der Flanke
genannt, eines Lenkrad-Detektionswerts
detektiert wird, damit die statische Reibung des Lenksystems geschätzt wird.
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Gemäß einem dritten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Lenkservosystems geschaffen,
derart, daß die
Flanke der Winkelgeschwindigkeit der Lenksystems durch Extrahieren der
Flanke der Motorwinkelgeschwindigkeit, der elektromotorischen Gegenkraft
oder der Lenkwinkelgeschwindigkeit extrahiert wird, damit die statische
Reibung des Lenksystems geschätzt
wird.
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Gemäß einem vierten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Lenkservosystem geschaffen,
derart, daß eine
Zunahme der Lenkhilfskraft aufgrund der statischen Reibung bei Beginn
der Handhabung des Lenkrads durch den Fahrer durch Extrahieren der
Flanke des Motorstroms extrahiert wird, damit die statische Reibung
des Lenksystems geschätzt
wird.
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Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein elektrisches Lenkservosystem geschaffen, derart,
daß die Flanke
des Lenkkraft-Detektionswerts oder dergleichen durch ein Hochpaßfilter
extrahiert wird.
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Gemäß einem sechsten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Lenkservosystem geschaffen,
derart, daß die
Zeitkonstante des Hochpaßfilters
nahezu gleich der mechanischen Zeitkonstante oder der Beschleunigungskonstante des
Motors bestimmt ist.
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Gemäß einem siebten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Servolenksystem geschaffen,
derart, daß die
Flanke bzw. der Rand während
einem Zeitintervall extrahiert wird, ausgehend von der Zeit, zu
der der Fahrer mit der Handhabung des Lenkrads beginnt, bis zu der
Zeit, wenn sich der Motor zu drehen beginnt, durch Multiplizieren
des obigen Flankenextrahierwerts mit einer vorgegebenen Funktion
der Motorwinkelgeschwindigkeit, der elektromotorischen Motorgegenkraft
oder der Lenkwinkelgeschwindigkeit, damit die statische Reibung
des Lenksystems geschätzt
wird.
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Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein elektrisches Lenkservosystem geschaffen, derart,
daß ein
oberer Wert für
den Schätzwert
der statischen Reibung vorgesehen ist, und der obere Grenzwert wird
dann beibehalten, wenn der Schätzwert
der statischen Reibung größer als
der obere Grenzwert ist.
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Gemäß einem neunten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Servolenksystem geschaffen,
derart, daß die
statische Reibung des Lenksystems durch positive Gegenkopplung bzw. eine
Rückkopplung
des Schätzwerts
der statischen Reibung kompensiert wird.
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Gemäß einem zehnten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Servolenksystem geschaffen,
derart, daß die
Verstärkung
der positiven Gegenkopplung bzw. Rückkopplung so bestimmt ist, daß der Schätzwert der
statischen Reibung und das Motorausgangsdrehmoment nahezu gleich
zueinander sind.
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Gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein elektrisches Servolenksystem geschaffen, derart,
daß die
Kompensation der statischen Reibung durch mindestens einen Term
erzielt wird, der proportional zu dem Schätzwert der statischen Reibung
ist, sowie einem Term zum Kompensieren der Nichtlinearität des Motors
oder eines Motoruntersetzungsgetriebes zum Unterbinden der statischen
Reibung des Lenksystems unabhängig
von der Nichtlinearität
des Motors oder des Motorreduziergetriebes.
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Gemäß einem zwölften Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein elektrisches Servolenksystem geschaffen, derart,
daß der
Term zum Kompensieren der Nichtlinearität des Motors oder des Motoruntersetzungsgetriebes
dann eingesetzt wird, wenn der Schätzwert der statischen Reibung
größer als
ein vorgegebener Wert ist.
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Gemäß einem dreizehnten Aspekt
der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Servolenksystem
geschaffen, derart, daß der
Term proportional zu dem Schätzwert
der statischen Reibung mit einer vorgegebenen Funktion multipliziert
wird, zum Kompensieren der Nichtlinearität des Motors oder des Motoruntersetzungsgetriebes
zum Unterbinden der statischen Reibung des Lenksystems unabhängig von
der Nichtlinearität
des Motors oder des Motoruntersetzungsgetriebes.
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Gemäß einem vierzehnten Aspekt
der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Servolenksystem
geschaffen, derart, daß ein
oberer Grenzwert vorgesehen ist, von mindestens einem oder jedem Term
entnommen aus der Gruppe Kompensation der statischen Reibung, Term
proportional zu dem Schätzwert
der statischen Reibung und Term zum Kompensieren der Nichtlinearität des Motors
oder des Motoruntersetzungsgetriebes.
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Gemäß einem fünfzehnten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein elektrisches Servolenksystem geschaffen, derart,
daß mindestens
für die statische
Reibungskompensation oder den Term proportional zu dem Schätzwert der
statischen Reibung bzw, dem Term zum Kompensieren der Nichtliearität des Motors
oder des Motoruntersetzungsgetriebes eine Multiplikation mit einer
vorgegebenen Funktion der Motorwinkelgeschwindigkeit, der elektromotorischen
Motorgegenkraft oder der Lenkwinkelgeschwindigkeit zum Kompensieren
der statischen Reibung erfolgt.
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Gemäß einem sechzehnten Aspekt
der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Servolenksystem
geschaffen, derart, daß bei
mindestens einer oder bei sämtlichen
Größen für die statische
Reibungskompensation, dem Term proportional zu dem Schätzwert der
statischen Reibung und dem Term zum Kompensieren der Nichtlinearität des Motors oder
des Motoruntersetzungsgetriebes eine Veränderung gemäß der Wagergeschwindigkeit
oder der Motorgeschwindigkeit erfolgt, zum Durchführen einer Kompensation
der statischen Reibung in Übereinstimmung
mit der Wagengeschwindigkeit oder der Motorgeschwindigkeit.
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Gemäß einem siebzehnten Aspekt
der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Servolenksystem
geschaffen, derart, daß eine
oder alle der Funktionen im Zusammenhang mit der Motorwinkelgeschwindigkeit,
der elektromotorischen Motorgegenkraft oder der Lenkwinkelgeschwindigkeit,
der Verstärkung
der positiven Gegenkopplung, dem Term zum Kompensieren der Nichtlinearität des Motors
oder des Motoruntersetzungsgetriebes die vorgegebene Funktion für das Kompensieren
der Nichtlinearität
des Motors oder des Motoruntersetzungsgetriebes und der obere Grenzwert
gemäß der Wagengeschwindigkeit
und der Motorgeschwindigkeit geändert
wird, zum Durchführen
einer Kompensation der statischen Reibung in Übereinstimmung mit der Wagengeschwindigkeit
und der Motorgeschwindigkeit.
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Gemäß einem achtzehnten Aspekt
der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Servolenksystem
geschaffen, derart, daß die
dynamische Reibung oder das Trägheitsmoment
des Lenksystems kompensiert werden, auf der Grundlage der Winkelgeschwindigkeit
oder Winkelbeschleunigung des Motors oder der Winkelgeschwindigkeit
oder Winkelbeschleunigung der Lenkung, und die statische Reibung
des Lenksystems wird auf der Grundlage des Schätzwerts der statischen Reibung
des Lenksystems kompensiert.
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Gemäß einem neunzehnten Aspekt
der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Servolenksystem
geschaffen, derart, daß der
Term zum Kompensieren der dynamischen Reibung und der Term zum Kompensieren
der statischen Reibung so gewichtet sind, daß einer der beiden Kompensationsterme
ausgewählt
ist.
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Gemäß einem zwanzigsten Aspekt
der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Servolenksystem
geschaffen, derart, daß der
Term zum Kompensieren der dynamischen Reibung, der Term proportional
zu dem Schätzwert
der statischen Reibung und der Term zum Kompensieren der Nichtlinearität des Motors
oder des Motoruntersetzungsgetriebes so gewichtet sind, daß mindestens
einer von diesen selektiv eingesetzt wird.
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Die obigen und weiteren Aufgaben,
Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich anhand
der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der beliegenden Zeichnung;
es zeigen:
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1 ein
Diagramm zum Darstellen des Gesamtaufbaus eines elektrischen Servolenksystems gemäß der Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
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2 ein
Schaltungsblockschaltbild des Controllers des elektrischen Servolenksystems
gemäß der Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
Regelblockschaltbild des elektrischen Servolenksystems gemäß der Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
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4 ein
Flußdiagramm
zum Erläutern
des Betriebs des elektrischen Servolenksystems gemäß der Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
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5(a), 5(b) und 5(c) Diagramme zum Darstellen der Signalform
des Lenkdrehmoments und des Schätzwerts
der statischen Reibung im Zeitpunkt des Betätigens eines Lenkrads mit großer Reibung;
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6 ein
Diagramm zum Darstellen der Kennlinien eines Hochpaßfilters
gemäß der Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
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7 ein
Diagramm zum Erläutern
des Reibungsdrehmoments eines Motors gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung;
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8 ein
Diagramm zum Erläutern,
wie ein Schätzwert
einer statischen Reibung gemäß der Ausführungsform
4 der vorliegenden Erfindung korrigiert wird;
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9 ein
Diagramm zum Erläutern,
wie ein Reibungskompensationsstrom gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden
Erfindung korrigiert wird;
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10 ein
Flußdiagramm
zum Erläutern, wie
die Interferenz eines Reibungskompensationsstroms gemäß der Ausführungsform
6 der vorliegenden Erfindung vermieden wird;
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11 ein
Diagramm zum Erläutern,
wie das Motorreibungsdrehmoment gemäß der Ausführungsform 7 der vorliegenden
Erfindung korrigiert wird;
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12 ein
Flußdiagramm
zum Erläutern, wie
das Motorreibungsdrehmoment gemäß der Ausführungsform
7 der vorliegenden Erfindung korrigiert wird;
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13 ein
Steuerblockschaltbild eines elektrischen Servolenksystems nach dem
Stand der Technik;
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14 ein
Diagramm zum Erläutern
des Betriebs der Berechnungsvorrichtung für den Kompensationsstrom der
Coulomb'schen Reibung
in dem elektrischen Servolenksystem nach dem Stand der Technik;
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15 ein
Diagramm zum Erläutern
des Betriebs der Berechnungsvorrichtung für den Trägheits-Kompensationsstrom in dem elektrischen
Servolenksystem nach dem Stand der Technik;
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16 ein
Diagramm zum Erläutern
des Betriebs der Berechnungsvorrichtung für den Kompensationsstrom der
Flüssigkeitsreibung
in dem elektrischen Servolenksystem nach dem Stand der Technik;
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17 ein
Diagramm zum Erläutern
des Betriebs der Berechnungsvorrichtung für den Lenkkraft-Hilsstrom in
dem elektrischen Servolenksystem nach dem Stand der Technik; und
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18 ein
Diagramm zum Darstellen eines Reibungsmodells.
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben.
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In der folgenden Beschreibung sind
die gleichen Elemente wie im Stand der Technik anhand derselben
Bezugszeichen bezeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
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Ausführungsform 1
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Die 1 zeigt
ein Diagramm zum Darstellen des Gesamtablaufs eines elektrischen
Servolenksystems gemäß der Ausführungsform 1 der
vorliegenden Erfindung. In der 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 1 einen mit einem Lenksystem verbundenen
Motor, 11 ein Lenkrad, 12 eine mit dem Lenkrad 11 verbundene
Lenkwelle, 13 einen Wagengeschwindigkeitssensor zum Detektieren
der Geschwindigkeit eines Automobils durch Detektieren der Drehung
einer nicht gezeigten Übertragung, 14 einen
mit der Lenkwelle verbundenen Drehmomentsensor zum Detektieren des
Lenkdrehmoments eines Fahrers, 15 ein Motoruntersetzungsgetriebe
(auf das hier nachfolgend auf "Untersetzungsgetriebe" Bezug genommen wird)
zum Übertragen
des Ausführungsdrehmoments
des Motors 1 an die Lenkwelle 12, 16 einen
Controller zum Treiben und Steuern des Motors 1 auf der
Grundlage der Signale von dem Wagengeschwindigkeitssensor 13, dem
Drehmomentsensor 14 und dergleichen, und 17 eine
Batterie als Energiequelle für
den Controller 16.
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Die 2 zeigt
ein Diagramm zum Darstellen des Aufbaus der Hardware des Controllers 16.
In 2 bezeichnet das
Bezugszeichen 21 eine Motorantriebsschaltung bestehend
aus zu einer Brücke
geschalteten Power-MOSFETs zum Zuführen eines Antriebsstroms zu
dem Motor 1, 23 einen FET-Treiber zum Treiben
der Power-MOSFET-Einheiten, 23 eine Motorstrom-Detektionsschaltung
zum Umsetzen eines in den Motor 1 fließenden Stroms in eine vorgegebene
Spannung und zum Ausgeben derselben als ein bei dem Motor detektierter
Strom Im, 24 einen Motoranschluß-Spannungsdetektionsschaltung
zum Detektieren und Ausgeben positiver und negativer Anschlußspannungen
(Motoranschlußspannungen) Vm1
und Vm2 des Motors 1, und 25 einen Kondensator
zum Glätten
der Spannung der Bewegung 17 und zum Abgeben einer Gleichspannung
an die Motorantriebsschaltung 21. Das Bezugszeichen 26 bezeichnet
einen Mikrocomputer zum Steuern der FET-Treiber 92 auf
der Grundlage des Motordetektionsstroms Im, der Motoranschlußspannungen
Vm1 und Vm2, der Ausgangsgröße des Drehmomentsensors 14,
die über
eine Drehmomentsensor-Eingangsschaltung 27 eingegeben
wird, und der Ausgangsgröße des Wagengeschwindigkeitssensors 13,
die über
eine Wagengeschwindigkeitssensor-Eingangsschaltung 28 eingegeben
wird, und zwar für
den Antrieb und das Steuern des Motors 1.
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Der Mikrocomputer 26 enthält einen ROM-Speicher 31 zum
speichern eines Steuerprogramms und dergleichen, sowie einen RAM-Speicher 32 zum
zeitweisen Speichern von Dünnfilm
wie den Motordetektionsstrom Im und die Motoranschlußspannungen
Vm1 und Vm2, einen PWM-Modulator 33, der mit dem FET-Treiber 22 verbunden
ist, zum Erzeugen von Pulsen für
die PWM-Steuerung des Motors 1, einen Eingangs/Ausgangsanschluß 34,
der mit dem Wagengeschwindigkeitssensor 13 über die
Wagengeschwindigkeitssensor-Eingangsschaltung 28 verbunden
ist, einen A/D-Umsetzer 35, der mit der Motorstrom-Detektionsschaltung 23 und der
Motoranschlußspannungs-Detektionsschaltung 24 und
mit dem Drehmomentsensor über
die Drehmomentsensor-Eingangsschaltung 27 verbunden ist, sowie
einen Zeitgeber 36, der zum Steuern eines Steuerzyklus
eingesetzt wird, und eine CPU-Einheit 37 zum Steuern dieser
Elemente.
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Die 3 zeigt
ein Diagramm zum Darstellen des Aufbaus der in dem ROM-Speicher 31 gespeicherten
und für
die Lenksteuerung eingesetzten Software, und die 4 zeigt ein Flußdiagramm zum Erläutern des
Softwareablaufs. In 3 bezeichnet das
Bezugszeichen 1 einen Motor, 2 eine Berechnungsvorrichtung
für die
Motorwinkelgeschwindigkeit, 3 eine Berechnungsvorrichtung
für die
Motorwinkelbeschleunigung, 4 eine Berechnungsvorrichtung
für den
Kompensationsstrom der Coulomb'schen
Reibung, 5 eine Berechnungsvorrichtung für den Kompensationsstrom
der Flüssigkeitsreibung, 6 eine
Berechnungsvorrichtung für
den Trägheits-Kompensationsstrom, 7 eine
Berechnungsvorrichtung für
den Lenkkraft-Hilfsstrom und 8 eine Stromsteuervorrichtung.
Das Bezugszeichen 9 bezeichnet eine Berechnungsvorrichtung
der statischen Reibung zum Berechnen eines Schätzwerts Tf der statischen Reibung
des Lenksystems anhand eines Lenkdrehmoments Vt des Drehmomentsensors 14, und
10 bezeichnet eine Berechnungsvorrichtung für den Kompensationsstrom der
statischen Reibung zum Berechnen eines Kompensationsstroms der statischen
Reibung If zum Kompensieren der statischen Reibung des Lenksystems
auf der Grundlage eines Schätzwerts
der statischen Reibung Tf von der Berechnungsvorrichtung der statischen
Reibung 9 sowie einer Wagengeschwindigkeit Vf, die anhand
der Ausgangsgröße des Wagengeschwindigkeitssensors 13 erhalten
wird.
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Nun erfolgt nachfolgend eine Beschreibung des
Betriebs des elektrischen Servolenksystems nach Ausführungsform 1 auf
der Grundlage des Flußdiagramms
nach 4 unter Bezug auf
die 1 bis 3. Ein Zugriff auf die Programme
der 4 erfolgt in Intervallen
zu einem vorgegebenen Zeitpunkt ausgehend von einem übergeordneten
Programm zum Steuern eines Durchführungszyklus unter Einsatz
eines Zeitgebers 36.
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In dem ersten Schritt S1 erfolgt
ein Umsetzen eines Motordetektionsstroms Im Motorstrom-Detektionsschaltung 23,
der Motoranschlußspannungen
Vm1 und Vm2 von der Motoranschlußspannungs-Detektionsschaltung 24 und
eines Lenkdrehmoments Vd von dem Drehmomentsensor 14, die sämtlich bei
dem Mikrocomputer 26 eingegeben werden, und zwar in digitale
Dünnfilm
durch den AD-Umsetzer 35, und die digitalen Daten werden
in den RAM-Speicher 32 gelesen. Im nachfolgenden Schritt S2
wird eine Wagengeschwindigkeit Vs durch Messen des Zyklus der Ausgangspulse
des Wagengeschwindigkeitssensors 13 berechnet, die bei
dem Eingangs/Ausgangsanschluß 34 eingegeben
werden, und das Ergebnis der Berechnung wird in dem RAM-Speicher 32 gespeichert.
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Nach dem Abschluß des Datenlesens wird im Schritt 53 die
elektromotorische Gegenkraft Ve des Motors 1 anhand der
Motoranschlußspannungen Vm1
und Vm2 sowie eines Motordetektionsstroms Im durch die Berechnungsvorrichtung
der Motorwinkelgeschwindigkeit 2 nach 3 berechnet, damit eine Motorwinkelgeschwindigkeit ω erhalten
wird. Das Verfahren zum Berechnen der Winkelgeschwindigkgkeit ω ist dasselbe
wie bei dem Stand der Technik, und es basiert auf der folgenden
Gleichung (3): ω = {(Vm1 – Vm2) – Im·Ra}/Kederart, daß ω die Motorwinkelgeschwindigkeit
(rad/s) ist, Vm1 eine positive Anschlußspannung des Motors (V) ist,
Vm2 eine negative Anschlußspannung
des Motors (V) ist, Im ein Motordetektionsstrom (A) ist, Ra ein
Motorwicklungswiderstandswert (Ω)
ist, und Ke eine Konstante einer elektromotorisch Motorgegenkraft
(V·s/rad)
ist.
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Im Schritt S4 berechnet die Berechnungsvorrichtung
der Motorwinkelbeschleunigung 3 die im obigen Schritt S3
erhaltene Motorwinkelgeschwindigkeit ω, damit ein Schätzwert der
Motorwinkelbeschleunigung (dω/dt)
erhalten wird.
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Im Schritt S5 berechnet die Berechnungsvorrichtung
der statischen Reibung 9 einen Schätzwert Tf der statischen Reibung
des Lenksystems anhand eines Lenkdrehmoments Vt von dem Drehmomentsensor 14.
Der Betrieb nach Schritt S5 wird detaillierter unter Bezug auf die 5(a), 5(b), 5(c) und 6 beschrieben.
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5(a) zeigt
ein Diagramm zum Darstellen der Signalform eines Lenkdrehmoments
dann, wenn der Fahrer das Lenkrad bei einer neutralen Stelle betätigt, die 5(b) zeigt ein Diagramm
zum Darstellen des Schätzwerts
der statischen Reibung, die hier später beschrieben wird, und die 5(c) zeigt ein Diagramm
zum Darstellen der Änderungen
des Lenkwinkels. Selbst wenn der Lenkwinkel des Lenkrads 11 so
klein ist, daß sich
das Lenkrad 11 kaum bewegt und die statische Reibung des
Lenksystems groß ist,
wie in der 5(a) anhand
eines mit einer gestrichelten Linie eingekreisten Abschnitts gezeigt, erhöht sich
das Lenkdrehmoment. Ist das Lenkdrehmoment durch den Einfluß der statischen
Reibung erhöht,
so beginnt sich der Motor 1 zu drehen, und die Änderung
des Lenkdrehmoments ist stärker
als diejenige nach dem Beginn der Änderung des Lenkwinkels. Anschließend wird
die statische Reibung des Lenksystems durch Extrahieren des Rands
bzw. der Flanke des Lenkdrehmoment-Detektionswerts geschätzt. Ein
wie in 6 gezeigtes Hochpaßfilter wird
zum Extrahieren der Flanke eingesetzt. Indem die Zeitkonstante des
Hochpaßfilters
nahezu gleich der mechanischen Zeitkonstante oder der Beschleunigungskonstante
des Motors 1 (beispielsweise einige Millisekunden) ist, ändert sich
der Schätzwert
der statischen Reibung Tf unter Nachführung gemäß einer Änderung in dem Lenkdrehmoment-Detektionswert,
und er konvergiert zu dem Wert "0" dann, wenn sich
der Motor – wie
in 5(b) gezeigt – zu drehen beginnt.
Im Schritt S5 wird die Flanke des Lenkdrehmoment-Detektionswert
zum Schätzen
der statischen Reibung des Lenksystems geschätzt, und das Schätzergebnis
wird in dem RAM-Speicher 32 als Schätzwert der statischen Reibung
Tf gespeichert.
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In den Schritten S6, S7, S8 und S9
berechnet – wie
im Stand der Technik – die
in 1 gezeigte Berechnungsvorrichtung
für den
Lenkkraft-Hilfsstrom 7 einen Lenkkraft-Hilfsstrom If zum
Unterstützen
der Lenkkraft des Fahrers, und die Berechnungsvorrichtung 4 für den Kompensationsstrom
der Coulomb'schen
Reibung, die Berechnungsvorrichtung 5 für den Kompensationsstrom der
Flüssigkeitsreibung und
die Berechnungsvorrichtung 6 für den Trägheits-Kompensationsstrom berechnen
einen Kompensationsstrom der Coulomb'schen Reibung Ic zum Kompensieren der
Coulomb'schen Reibung
in dem Lenksystem, einen Kompensationsstrom der Flüssigkeitsreibung
Id zum Kompensieren der Flüssigkeitsreibung
sowie einen Trägheits-Kompensationsstrom Ij
zum Kompensieren des Trägheitsmoments
Ij (vgl. 17, 14, 16 und 15).
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Im Schritt 510 berechnet
die Berechnungsvorrichtung für
den Kompensationsstrom der statischen Reibung 10 einen
Kompensationsstrom der statischen Reibung If zum Kompensieren der
statischen Reibung des Lenksystems auf der Grundlage des Schätzwerts
der statischen Reibung Tf von der Berechnungsvorrichtung der statischen
Reibung 9 sowie einer Wagengeschwindigkeit Vs, die anhand der
Ausgangsgröße des Wagengeschwindigkeitssensors 13 gewonnen
wird.
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Es besteht die Zielvorstellung, daß während dem
Fahren das Lenkgefühl
im Zentrum erleichtert sein sollte, d.h. ein Lenkgefühl in dem
Zeitpunkt einer geringfügigen
Verschiebung des Lenkrads um eine Neutralposition, und wird das
Lenkrad in einem großen
Umfang gedreht, so sollte das Lenkdrehmoment in Übereinstimmung mit dem Lenkwinkel
zunehmen. Jedoch wird bei dem elektrischen Servolenksystem aufgrund
der Übertragung
der Reibung des Motors 1 oder des Untersetzungsgetriebes 15 zu
der Lenkwelle 12 die statische Reibung im Vergleich zu
dem Fall größer ist,
daß ein
hydraulisches Servolenksystem oder Servolenksystem nicht beaufschlagt
ist, und das Lenkgefühl
im Zentrum wird schlecht. Im Schritt S10 wird ein Kompensationsstrom
der statischen Reibung If berechnet, und zwar zum Kompensieren der statischen
Reibung des Lenksystems, und es erfolgt ein Kompensieren der statischen
Reibung des Lenksystems mit diesem Kompensationsstrom der statischen
Reibung If zum Verbessern des Lenkgefühls im Zentrum.
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Bei Betrachtung des Gesamtaufbaus
des elektrischen Servolenksystems nach 1 wird dann, wenn die statische Reibung
des Lenksystems auftritt, ein Strom zum Unterbinden der statischen Reibung
zu dem Strom des Motors 1 addiert, um die statische Reibung
mit dem Ausgangsdrehmoment des Motors 1 auszugleichen,
wodurch es möglich
ist, die statische Reibung des Lenksystems zu kompensieren. Bei
dieser Ausführungsform
1 wird ein Strom, der sowohl anhand eines Terms proportional zu
dem Schätzwert
der statischen Reibung und einem Term zum Kompensieren der Nichtlinearität des Motors und
des Motoruntersetzungsgetriebes erhalten wird, wie anhand der folgenden
Gleichung (4) gezeigt, als Kompensationsstrom der statischen Reibung
If herangezogen, damit die statische Reibung des Lenksystems kompensiert
wird. If = (Tf/Kt·n) + (TL/Kt)·sgn(Tf-Dz) (4)derart, daß If der
Kompensationsstrom der statischen Reibung (A) ist, Kt eine Motordrehmomentkonstante (Nm/A)
ist, Kt eine negative Anschlußspannung
des Motors (V) ist, n ein Motoruntersetzungsverhältnis ist, Tf ein Schätzwert der statischen
Reibung des Lenksystems (Nm) ist, TL ein Reibungsdrehmoment des Motors
oder des Untersetzungsgetriebes (Nm) ist und Dz ein Unempfindlichkeitsbereich
des Reibungsdrehmoments (Nm) ist.
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Nachfolgend wird hier die obige Gleichung (4)
detailliert beschrieben.
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Ist die Beziehung zwischen dem Motordetektionsstrom
Im und dem Motorausgangsdrehmoment Tm bei der Lenkwelle 12 (nach
der Geschwindigkeitsuntersetzung) linear, so läßt sich die folgende Gleichung
(5) formulieren. Tm
= n·Im·Kt (5)derart, daß Tm ein
Motorausgangsdrehmoment bei der Lenkwelle (Nm) und Im ein Motordetektionsstrom (A)
ist.
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Zum Unterdrücken der statischen Reibung des
Lenksystems mit dem Ausgangsdrehmoment des Motors, kann die statische
Reibung des Lenksystems gleich zu dem Motorausgangsdrehmoment bei der
Lenkwelle ausgebildet sein. Demnach wird in der obigen Gleichung
(5) bei Tf = Tm der erste Term auf der rechten Seite der obigen
Gleichung (4) erhalten.
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Tatsächlich ist die Beziehung zwischen
dem Motordetektionsstrom Im und dem Motorausgangsdrehmoment Tm bei
der Lenkwelle nicht linear, und zwar aufgrund des Einflusses der
Reibung des Motors 1 oder des Untersetzungsgetriebes 15,
wie in 7 gezeigt. Der
zweite Term auf der rechten Seite der obigen Gleichung (4) dient
zum Kompensieren dieser Nichtlinearität. Übersteigt der Schätzwert der statischen
Reibung Tf des Lenksystems einen vorgegebenen Unempfindlichkeitsbereich
Dz, so wird ein Strom gleich dem Reibungsdrehmoment TL des Motors 1 oder
des Untersetzungsgetriebes 15 in derselben Richtung wie
Tf gemäß dem obigen
zweiten Term addiert. Der oben genannte Unempfindlichkeitsbereich
Dz wird in einem Umfang gesetzt (beispielsweise 0,2 bis 0,3 Nm),
der den Einfluß von
Rauschen in dem Schätzwert
der statischen Reibung Tf des Lenksystems unterdrückt, und
derart, daß der Fahrer
dieses während
dem Handhaben des Lenkrads nicht fühlt.
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Im Schritt S11 addiert die Stromteuervorrichtung 8 die
oben erhaltenen Ströme
Is, Ic, Id, Ij und If zum Berechnen des Tagesstroms Isum des Motors 1. Im
nachfolgenden Schritt S12 wird eine Regelung (Engl.: feedback control)
wie eine Proportional/Integrier-Regelung so durchgeführt, daß der Targetstrom bzw.
Stellstrom Isum und der Motordetektionsstrom Im gleich zueinander
sind, und das Tastverhältnis zum
Antreiben des Motors 1 wird bestimmt. Im Schritt S13 wird
das oben genannte Tastverhältnis
in dem PWM-Modulator 33 zum Treiben der Motortreiberschaltung 21 über den
FET-Treiber 22 gesetzt. Die obigen Schritte S12 und S13
sind zu der Stromsteuervorrichtung 8 nach 1 äquivalent.
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Bei dem elektrischen Servolenksystem
nach 1 schätzt die
Berechnungsvorrichtung der statischen Reibung 9 die statische
Reibung des Lenksystems durch Extrahieren der Flanke des Detektionswerts
des Lenkdrehmoments Vt, damit ein Schätzwert der statischen Reibung
Tf erhalten wird, und die Berechnungsvorrichtung für den Kompensationsstrom
der statischen Reibung 10 kompensiert die statischen Reibung
des Lenksystems auf der Grundlage des oben genannten Schätzwerts
der statischen Reibung Tf. Demnach läßt sich das Lenkgefühl im Zentrum
verbessern. Ferner läßt sich
aufgrund der Tatsache, daß sich
durch Einsatz der Motorwinkelgeschwindigkeit und -winkelbeschleunigung
die dynamische Reibung, die statische Reibung und das Trägheitsmoment
des Lenksystems sämtlich
durch Kombinieren üblicher
Steuervorgänge
regeln lassen, nicht nur das Lenkgefühl im Zentrum verbessern, sondern
es läßt sich
auch ein gutes Lenkgefühl
unter allen Lenkbedingungen erzielen. Weiterhin tritt aufgrund der
Tatsache, daß ein
neuer Sensor nicht erforderlich ist, keine Zunahme der Kosten auf.
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Ausführungsform 2
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Gemäß der obigen Ausführungsform
1 wird die statische Reibung des Lenksystems durch Extrahieren der
Flanke des Lenkdrehmoment-Detektionswerts Vf geschätzt. Dieselbe
Wirkung läßt sich
durch Extrahieren der Flanke der Winkelgeschwindigkeit des Lenksystems
erzielen. Die Winkelgeschwindigkeit kann die Motorwinkelgeschwindigkeit ω, die elektromotorische
Rückkraft
Ve, die Lenkgeschwindigkeit oder dergleichen sein. In dieser Ausführungsform 2 wird
die statische Reibung des Lenksystems durch Extrahieren der Flanke
der Winkelgeschwindigkeit des Lenksystems geschätzt. Demnach läßt sich
die statische Reibung schätzen,
ohne daß sie
von Rauschen des Drehmomentsensors 14 beeinflußt wird.
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Ausführungsform 3
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Bei der obigen Ausführungsform
1 wird die statische Reibung des Lenksystems durch Extrahieren der
Flanke des Lenkdrehmoment-Detektionswerts Vf geschätzt. Dieselbe
Wirkung läßt sich
durch Extrahieren der Flanke eines Motorstroms erhalten. Der Motorstrom
umfaßt
nicht nur einen Motordetektionsstrom Tm, sondern auch einen Kompensationsstrom
wie einen Lenkkraft-Hilfsstrom Is.
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Beispielsweise kann dann, wenn ein
Kompensationsstrom der statischen Reibung If auf der Grundlage der
Flanke eines Lenkkraft-Hilfsstroms Is berechnet wird, der einen
Strom zum Bilden eines Motorstellstroms Isum darstellt, eine geeignete
Kompensation der statischen Reibung bei der Lenkhilfskraft durchgeführt werden,
da sich der Kompensationsstrom der statischen Reibung If in Übereinstimmung
mit der Lenkhilfskraft ändert,
bei einer Wagengeschwindigkeit Vs, wie in 17 gezeigt.
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Wird der Kompensationsstrom der statischen
Reibung If auf der Grundlage eines Motorstellstroms Isum oder eines
Motordetektionsstroms Im berechnet, so läßt sich die statische Reibung
des Motors 1 genauer kompensieren, da die statische Reibung
während
einem Zeitintervall detektiert und kompensiert wird, das von der
Zeit ausgeht, zu der Elektrizität
dem Motor 1 zugeführt
wird, bis zu der Zeit, zu der sich der Motor 1 zu drehen
beginnt.
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Ausführungsform 4
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Bei den obigen Ausführungsformen
1 bis 3 wird die statische Reibung des Lenksystems durch Extrahieren
der Flanke des Lenkdrehmoments oder der Lenkgeschwindigkeit geschätzt. Der
Einfluß von Rauschen
läßt sich
eliminieren und die Schrittgenauigkeit der statischen Reibung läßt sich
verbessern, wenn die statische Reibung anhand des extrahierten Werts
der Flanke geschätzt
wird, und zwar durch Multiplizieren des extrahierten Werts der Flanke
mit einer Fensterfunktion f(ω),
die den Wert Null annimmt, wenn sich der Motor 1 oder das
Lenkrad 11 dreht. Es ist jede Signalfunktion als derartige
Fensterfunktion f(ω)
akzeptabel, wenn sie eine Motorwinkelgeschwindigkeit, eine elektromotorische
Rückkraft,
eine Lenkgeschwindigkeit und eine andere Geschwindigkeit des Lenksystems
darstellt. Die 8 zeigt
ein Beispiel für
den Fall, in dem die oben genannte Fensterfunktion f(ω) eine Funktion
der Motorwinkelgeschwindigkeit ω darstellt.
Die Fensterfunktion f(ω)
nimmt den Wert 1 dann an, wenn der Absolutwert der Motorwinkelgeschwindigkeit
w gleich oder kleiner als ωp
ist, und sie nimmt schnell den Wert Null dann an, wenn der Absolutwert
der Motorwinkelgeschwindigkeit ω den
Wert ωp übersteigt.
Der obige Wert ωp
ist auf eine solche geringe Winkelgeschwindigkeit gesetzt, daß der Motor
oder das Lenkrad stoppt.
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Bei dieser Ausführungsform 4 wird die statische
Reibung mit der Fensterfunktion f(ω) multipliziert, und die statische
Reibung des Lenksystems wird lediglich dann extrahiert, wenn der
Motor oder das Lenkrad stoppt, wodurch es möglich ist, die statische Reibung
genauer zu schätzen
und das Lenkgefühl
weiter zu verbessern.
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Tritt eine Fehlfunktion des Lenkdrehmomentsensors 14 aufgrund
einer Leitungstrennung auf, so nimmt der Lenkdrehmoment-Detektionswert übermäßig entlang
einer rechten oder linken Richtung abrupt zu, und der extrahierte
Wert dieser Flanke, d.h. der Schätzwert
der statischen Reibung, nimmt ebenso einer übermäßigen Wert zu. Im Ergebnis
nimmt die Kompensierung der statischen Reibung übermäßig zu, die Lenkkraft wird
zu leicht, und das Lenken wird zeitweise instabil. Gemäß dieser
Ausführungsform
4 wird die statische Reibung mit der Fensterfuntion f(ω) multipliziert,
und die statische Reibung des Lenksystems wird lediglich dann extrahiert,
wenn der Motor oder das Lenkrad stoppt. Demnach läßt sich
eine übermäßige Zunahme
der Kompensieren der Stand der Technik im Zeitpunkt eines Fehlers
vermeiden, und es läßt sich
ein sichereres elektrisches Servolenksystem bereitstellen.
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Ausführungsform 5
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Gemäß der obigen Ausführungsform
4 wird ein Schätzwert
der statischen Reibung Tf durch Multiplizieren eines vorab bestimmten
Flankenextrahierwertes mit einer Funktion der Geschwindigkeit des Lenksystems
erhalten. Dieselbe Wirkung läßt sich durch
Multiplizieren eines Kompensationsstroms der statischen Reibung
If mit der obigen Fensterfunktion f(ω) erzielen. Ferner wird gemäß dieser
Ausführungsform
5, wie in 9 gezeigt,
ein Kompensationsstrom für
die Coulomb'schen
Reibung Ic mit einer Fensterfunktion g(ω) zum Kompensieren einer dynamischen
Reibung multipliziert, die den Wert 1 dann annimmt, wenn
der Absolutwert der Motorwinkelgeschwindigkeit ω größer als ωq ist, und die dann schnell
zu Null wird, wenn der Absolutwert der Motorwinkelgeschwindigkeit ω kleiner
als ωq
ist, und die obige Fensterfunktion f(ω) wird mit einem Kompensationsstrom
der statischen Reibung If multipliziert, so daß sich beide selektiv einsetzen
lassen. Beispielsweise dann, wenn gilt ωp = ωq, ist der Absolutwert der
Motorwinkelgeschwindigkeit ω kleiner
als ωp,
und es gilt f(ω)
= 1 und g(ω)
= 0. Demnach wird eine Kompensation der statischen Reibung durchgeführt. Ist
der Absolutwert der Motorwinkelgeschwindigkeit ω größer als ωq, so gilt f(ω) = 0 und
g(w) = 1. Demnach wird eine Kompensation der dynamischen Reibung
durchgeführt.
Deshalb läßt sich
eine Interferenz zwischen der Kompensation der statischen Reibung
und der Kompensation der dynamischen Reibung vermeiden und das Lenkgefühl läßt sich
weiter verbessern.
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Da sich die Kompensation der Flüssigkeitsreibung
als Kompensation der dynamischen Reibung betrachten läßt, kann
dieselbe Funktion wie die obige Funktion g(ω) so multipliziert werden,
daß sich
die Kompensation der Flüssigkeitsreibung
und die Kompensation der statischen Reibung selektiv durchführen läßt. Der
zweite Term auf der rechten Seite der obigen Gleichung (4) dient
zum Kompensieren des Reibungsdrehmoments des Motors 1,
was hinsichtlich des Zwecks zum selben Ergebnis wie ein Kompensationsstrom
der Coulomb'schen
Reibung Ic führt.
Demnach läßt sich
die nahezu selbe Wirkung dann erzielen, wenn die Fensterfunktionen
f(ω) und g(ω) so multipliziert
werden, daß sich
der zweite Term auf der zweiten Seite der obigen Gleichung (4) und
der Kompensationsstrom der Coulomb'schen Reibung Ic selektiv einsetzen
lassen.
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Gemäß dem obigen Beispiel werden
die Fensterfunktionen f(ω)
und g(ω)
mit linear ansteigenden und abfallenden Kennlinien eingesetzt, so
daß sich
die Kompensation der Flüssigkeitsreibung
und die Kompensation der statischen Reibung selektiv durchführen lassen.
Es muß nicht
besonders betont werden, daß die
Gewichtung mit ansteigenden oder abfallenden Kennlinien im Hinblick
auf die Eigenschaften des Motors 1 und des Untersetzungsgetriebes 15 die
Durchführung
einer präziseren
Reibungskompensation ermöglicht.
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Ausführungsform 6
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Gemäß den obigen Ausführungsformen
4 und 5 wird die vorgegebene Funktion für die Geschwindigkeit des Lenksystems
mit einem Schätzwert
der statischen Reibung Tf oder einem Kompensationsstrom einer statischen
Reibung If multipliziert, um einen nicht erforderlichen Betrieb
zum Kompensieren der statischen Reibung zu vermeiden. Dieselbe Wirkung
läßt sich
dann erzielen, wenn eine Kompensation der statischen Reibung selektiv
unter Verfolgung einer bedingten Verzweigung durchgeführt wird.
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Die 10 zeigt
ein Flußdiagramm
zum Erläutern
des Betriebs dieser Ausführungsform.
Ein Zugriff auf das Programm erfolgt im Schritt S10 nach 4. Im Schritt S14 wird geprüft, ob der
Kompensationsstrom der Coulomb'schen
Reibung Ic größer als ein
vorgegebener Wert Icth ist. Gilt Ic > Icth, so wird im Schritt S15 der Kompensationsstrom
der statischen Reibung zu Null bestimmt, damit lediglich eine Kompensation
der dynamischen Reibung durchgeführt
wird. Gilt Ic < Icth,
so wird die Routine beendet.
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Demnach wird gemäß dieser Ausführungsform
6 eine Kompensation der statischen Reibung in Übereinstimmung mit der Kompensationsgröße der dynamischen
Reibung ohne Bezug auf eine Tabelle für Fensterfunktionsdaten oder
Multiplizieren einer Fensterfunktion durchgeführt. Hierdurch läßt sich
die Last des Mikrocomputers 26 reduzieren.
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Ausführungsform 7
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Gemäß der obigen Ausführungsform
1 wird die Nichtlinearität
des Motors 1 anhand des zweiten Terms auf der rechten Seite der
obigen Gleichung (4) kompensiert. Eine Umsetztabelle zum Erhöhen des Werts
eines Kompensationsstroms der statischen Reibung wird für den Fall,
daß der
berechnete Wert des Kompensationsstroms der statischen Reibung klein
ist, wie in 11 gezeigt,
in dem ROM-Speicher 31 gespeichert, und er wird zum Umsetzen
des Kompensationsstroms der statischen Reibung in einem Wert zum
Kompensieren der Nichtlinearität
des Motors 1 eingesetzt, wodurch die Nichtlinearität zwischen
dem Motordetektionsstrom Im und dem Motorausgangsdrehmoment Tm ausgeglichen
wird.
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Das Verfahren zum Berechnen der Kompensation
der statischen Reibung gemäß dieser
Ausführungsform
7 wird nachfolgend detaillierter unter Bezug auf das in 12 gezeigte Flußdiagramm
beschrieben. Das Programm nach 12 entspricht dem
Schritt S10 des in 4 gezeigten
Flußdiagramms
und der Berechnungsvorrichtung für
den Kompensationsstrom der statischen Reibung 10 in dem
in 1 gezeigten Blockschaltbild.
Im Schritt S16 wird zunächst
ein Kompensationsstrom der statischen Reibung If1 anhand der folgenden
Gleichung (6) berechnet. If1 = (Tf/Kt·n) (6)
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If1 ist der erste Term auf der rechten
Seite der obigen Gleichung (4). In dem nachfolgenden Schritt S17
wird If1 in einen tatsächlich
eingesetzten Kompensationsstrom der statischen Reibung If umgesetzt,
beispielsweise auf der Grundlage der Eigenschaften, die in der Umsetztabelle
nach 11 gezeigt sind.
Die Umsetztabelle wird zum Umsetzen von If1 in einen Wert eingesetzt,
der durch Multiplizieren von If1 mit einem Proportionalkoeffizienten
erhalten wird, wenn der Absolutwert von If1 gleich oder kleiner
als ein vorgegebener Wert If0 ist, sowie zum Umsetzen in einen Wert,
der sich mit einem kleinere Gradienten als der obige Proportionalkoeffizient ändert, wenn
der Absolutwert von If1 größer als
der vorgegebene Wert If0 ist, damit die Nichtlinearität bei dem
Anstieg der Kennlinien des Motors 1 oder des Untersetzungsgetriebes 15 kompensiert
wird. Die anderen Prozeßschritte
stimmen mit denjenigen der Ausführungsform
1 überein.
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Da sich bei dieser Ausführungsform
7 die Nichtlinearität
des Motors 1 oder des Untersetzungsgetriebes 15 genau
kompensieren lassen, läßt sich das
Lenkgefühl
weiter verbessern.
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Ausführungsform 8
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Es kann ein oberer Grenzwert für den Schätzwert der
statischen Reibung vorgesehen sein, für das Bilden eines Kompensationsstroms
der statischen Reibung, einer Kompensation der statischen Reibung,
des Terms proportional zu dem Schätzwert der statischen Reibung
für die
Kompensation der statischen Reibung und den Term zum Kompensieren der
Nichtlinearität
des Motors oder des Untersetzungsgetriebes, so daß zumindest
eine Größe oder alle
gleich oder kleiner als ein vorgegebener Wert sind, beispielsweise
auf der Grundlage des tatsächlich
gemessenen Werts der statischen Reibung. Aufgrund der hierdurch
vermiedenen übermäßigen Kompensation
kann vermieden werden, daß das Lenkgefühl zu leicht
wird oder daß das
Lenkdrehmoment oszilliert. Dieselbe Wirkung läßt sich dann erzielen, wenn
ein oberer Grenzwert für
den Kompensationsstrom der statischen Reibung vorgesehen ist.
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Ausführungsform 9
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Da die Tatsache berücksichtigt
wird, daß sich die
Reibungskraft dann ändert,
wenn eine Last ausgehend von der Straßenoberfläche durch die Wagengeschwindigkeit
verändert
ist, wird der Kompensationsstrom der statischen Reibung auf der
Grundlage der Wagengeschwindigkeit geändert, um eine optimale Kompensation
der statischen Reibung gemäß der Wagengeschwindigkeit
im Rahmen der Ausführungsform
9 zu realisieren, wodurch es möglich
ist, das Lenkgefühl
weiter zu verbessern. Selbst wenn eine andere Steuergröße – bzw. Verstärkung wie
diejenige der Berechnungsvorrichtung für den Lenkkraft-Hilfsstrom 7 oder
dergleichen gemäß der Wagengeschwindigkeit
geändert
wird, läßt sich
eine optimale Kompensation der statischen Reibung realisieren.
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Es ist auch eine Änderung der Regelverstärkung 1/(Kt·n) des
Schätzwerts
der statischen Reibung gemäß der obigen
Gleichung (4) und des Reibungsdrehmoments TL zum Kompensieren der Nichtlinearität des Motors 1 oder
des Untersetzungsgetriebes 15 gemäß der Wagengeschwindigkeit
vorstellbar. Die Fensterfunktionen nach den 8 und 9,
die Funktion zum Bilden der Umsetztabelle nach 11 oder der obere Grenzwert für den Schützwert der
statischen Reibung oder dergleichen gemäß der obigen Ausführungsform
8 können
gemäß der Wagengeschwindigkeit
verändert
werden.
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Dieselbe Wirkung läßt sich
erzielen, wenn die Motorgeschwindigkeit anstelle der Wagengeschwindigkeit
eingesetzt wird.
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Wie oben beschrieben, läßt sich
gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung aufgrund der Tatsache, daß eine Schätzung und
Kompensierung der statischen Reibung und des Lenksystems erfolgt,
das Lenkgefühl
wie das Lenkgefühl
im Zentrum verbessern.
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Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung läßt sich
aufgrund der Tatsache, daß die
statische Reibung des Lenksystems durch Extrahieren der Flanke des
Lenkkraft-Detektionswerts
geschätzt
wird, die statische Reibung des Lenksystems ohne Bereitstellung
eines neuen Sensors schätzen.
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Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung
läßt sich
aufgrund der Tatsache, daß die statische
Reibung des Lenksystems durch Extrahieren der Flanke der Motorwinkelgeschwindigkeit,
der elektromotorischen Gegenkraft des Motors oder der Lenkwinkelgeschwindigkeit
geschätzt
wird, die statische Reibung des Lenksystems ohne Einfluß eines Rauschens
schätzen.
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Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung
läßt sich
aufgrund der Tatsache, daß die statischen
Reibung des Lenksystems durch Extrahieren der Flanke des Motorstroms
geschätzt
wird, die statische Reibung detektieren und kompensieren, und zwar
während
einem Zeitintervall ausgehend von der Zeit, zu der Elektrizität dem Motor
zugeführt wird,
bis zu der Zeit, zu der sich der Motor zu drehen beginnt, wodurch
es möglich
ist, die statische Reibung des Motors genauer zu kompensieren.
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Gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung
kann aufgrund der Tatsache, daß die
Flanke über
einen Hochpaßfilter
extrahiert wird, die statische Reibung des Lenksystems mit einer
einfachen Struktur geschätzt
werden.
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Gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden
Erfindung kann aufgrund der Tatsache, daß die Zeitkonstante des Hochpaßfilters
nahezu gleich zu der mechanischen Zeitkonstante oder zu der Beschleunigungskonstante
des Motors ausgebildet ist, die statische Reibung des Lenksystems
genau geschätzt
werden.
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Gemäß dem siebten Aspekt der vorliegenden
Erfindung kann aufgrund der Tatsache, daß der extrahierte Wert der
Flanke mit einer vorgegebenen Funktion der Motorwinkelgeschwindigkeit,
der elektromotorischen Gegenkraft des Motors oder der Lenkwinkelgeschwindigkeit
zum Schätzen
der statischen Reibung des Lenksystems extrahiert wird, die statische
Reibung des Lenksystems genau geschätzt werden.
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Gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung
läßt sich
aufgrund der Tatsache, daß ein oberer
Grenzwert für
den Schätzwert
der statischen Reibung vorgesehen ist, eine übermäßige Kompensation vermeiden.
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Gemäß dem neunten Aspekt der vorliegenden
Erfindung läßt sich
aufgrund der Tatsache, daß die
statische Reibung des Lenksystems durch Durchführen einer Regelung für den Schätzwert der
statischen Reibung kompensiert wird, das Lenkgefühl wie das Lenkgefühl im Zentrum
ohne Bereitstellung eines neuen Sensors verbessern.
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Gemäß dem zehnten Aspekt der vorliegenden
Erfindung läßt sich
aufgrund der Tatsache, daß die
Regelverstärkung
so bestimmt ist, daß der Schätzwert der
statischen Reibung und das Motorausgangsdrehmoment nahezu gleich
zueinander sind, die statische Reibung des Lenksystems genau kompensieren.
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Gemäß dem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung
läßt sich
aufgrund der Tatsache, daß die Kompensation
der statischen Reibung anhand mindestens eines Terms proportional
zu dem Schätzwert der
statischen Reibung und eines Terms zum Kompensieren der Nichtlinearität des Motors
oder des Motoruntersetzungsgetriebe erhalten wird, die statische
Reibung des Lenksystems genau kompensieren.
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Gemäß dem zwölften Aspekt der vorliegenden
Erfindung läßt sich
aufgrund der Tatsache, daß der
Term zum Kompensieren der Nichtlinearität des Motors oder des Motoruntersetzungsgetriebes
lediglich dann eingesetzt wird, wenn der Schätzwert der statischen Reibung
größer als
ein vorgegebener Wert ist, die Kompensation der Nichtlinearität genau durchführen.
-
Gemäß dem dreizehnten Aspekt der
vorliegenden Erfindung läßt sich
aufgrund der Tatsache, daß der
Term proportional zu dem Schätzwert
der statischen Reibung mit einer vorgegebenen Funktion zum Kompensieren
der Nichtlinearitäten
des Motors oder des Motoruntersetzungsgetriebes zum Kompensieren
der statischen Reibung multipliziert wird, die statische Reibung
des Lenksystems genau kompensieren.
-
Gemäß dem vierzehnten Aspekt der
vorliegenden Erfindung läßt sich
aufgrund der Tatsache, daß ein
oberer Grenzwert vorgesehen ist – und zwar ein Element aus
der Gruppe Kompensation der statischen Reibung, Term proportional
dem Schätzwert der
statischen Reibung und Term zum Kompensieren der Nichtlinearität des Motors
oder des Motoruntersetzungsgetriebes – eine übermäßige Kompensation vermeiden,
wodurch es möglich
ist, zu vermeiden, daß das
Lenken zu leicht wird oder das Lenkdrehmoment oszilliert.
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Gemäß dem fünfzehnten Aspekt der vorliegenden
Erfindung läßt sich
die statische Reibung des Lenksystems genau kompensieren, da zumindes
ein Element aus der Gruppe Kompensation der statischen Reibung,
Term proportional zu dem Schätzwert
der statischen Reibung und Term zum Kompensieren der Nichtlinearität des Motors
oder des Motoruntersetzungsgetriebes mit einer vorgegebenen Funktion
der Motorwinkelgeschwindigkeit, der elektromotorischen Gegenkraft
des Motors oder der Lenkwinkelgeschwindigkeit zum Kompensieren der statischen
Reibung multipliziert wird.
-
Gemäß dem sechzehnten Aspekt der
vorliegenden Erfindung läßt sich
das Lenkgefühl
wie das Lenkgefühl
im Zentrum weiter verbessern, da zumindest ein Element aus der Gruppe
Kompensation der statischen Reibung, Term proportional zu dem Schätzwert der
statischen Reibung und Term zum Kompensieren der Nichtlinearität des Motors
oder des Motoruntersetzungsgetriebes auf der Grundlage einer Wagengeschwindigkeit
oder Motorgeschwindigkeit geändert
wird.
-
Gemäß dem siebzehnten Aspekt der
vorliegenden Erfindung läßt sich
das Lenkgefühl
wie das Lenkgefühl
im Zentrum weiter verbessern, da mindestens ein Element – aus der
Gruppe Funktion der Motorwinkelgeschwindigkeit, elektromotorischer Rücklauf des
Motors oder Lenkwinkelgeschwindigkeit, Regelverstärkung, Term
zum Kompensieren der Nichtlinearität des Motors oder des Motoruntersetzungsgetriebes,
vorgegebene Funktion zum Kompensieren der Nichtlinearität des Motors
oder des Motoruntersetzungsgetriebes und der obere Grenzwert – auf der
Grundlage des Wagengeschwindigkeit oder der Motorgeschwindigkeit
geändert
wird.
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Gemäß dem achtzehnten Aspekt der
vorliegenden Erfindung lassen sich aufgrund der Tatsache, daß die dynamischen
Reibung oder das Trägheitsmoment
des Lenksystems auf der Grundlage der Winkelgeschwindigkeit oder
der Winkelbeschleunigung des Motors oder der Lenkung kompensiert
wird und die statische Reibung des Lenksystems auf der Grundlage
des Schätzwerts
der statischen Reibung des Lenksystems kompensiert wird, die dynamische Reibung,
die statische Reibung und das Trägheitsmoment
des Lenksystems sämtlich
regeln, wodurch es möglich
ist, nicht nur ein gutes Lenkgefühl
im Zentrum, sondern ebenso ein gutes Lenkgefühl unter sämtlichen Lenkbedingungen zu
erhalten.
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Gemäß dem neunzehnten Aspekt der
vorliegenden Erfindung läßt sich
aufgrund der Tatsache, daß der
Term zum Kompensieren der dynamischen Reibung und der Term zum Kompensieren
der statischen Reibung so gewichtet wird, daß einer dieser eingesetzt wird,
eine Interferenz zwischen der Kompensierung der statischen Reibung
und der Kompensierung der dynamischen Reibung vermeiden, wodurch
es möglich
ist, ein Lenkgefühl
weiter zu verbessern.
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Gemäß dem zwanzigsten Aspekt der
vorliegenden Erfindung läßt sich
aufgrund der Tatsache, daß der
Term zum Kompensieren der dynamischen Reibung, der Term proportional
zu dem Schätzwert der
statischen Reibung und der Term zum Kompensieren der Nichtlinearität des Motors
oder des Motoruntersetzungsgetriebes so gewichtet werden, daß mindestens
einer von diesen eingesetzt wird, eine Interferenz zwischen der
Kompensation der statischen Reibung und der Kompensation der dynamischen Reibung
vermeiden, wodurch es möglich
ist, die Reibung des Lenksystems genau zu kompensieren.