DE19934686B4

DE19934686B4 - Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung

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Publication number: DE19934686B4
Application number: DE19934686A
Authority: DE
Inventors: Shuji Maebashi Endo
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1998-07-24
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2019-07-24
Also published as: US6240350B1; DE19934686A1

Abstract

Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung zum Steuern eines Motors (20), der einen Lenkmechanismus mit einer Lenkhilfskraft versorgt, umfassend:
eine erste Rechnereinrichtung (32) zum Berechnen eines Lenkhilfesollwerts (I) basierend auf einem an einer Lenkspindel (2) erzeugten Lenkmoment (T), eine zweite Recheneinrichtung (34, 35, 36) zum Berechnen eines Stromsteuerwerts (E) aus dem Lenkhilfesollwert und einem Motorstromwert,
eine Steuereinrichtung (37) zum Steuern des Motors basierend auf dem Stromsteuerwert,
eine Detektoreinrichtung (340) zum Erfassen einer Änderungsgeschwindigkeit einer Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs, und
eine Dämpfungseinrichtung zum Dämpfen der Giergeschwindigkeit basierend auf deren Änderungsgeschwindigkeit.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung, mit der ein Lenksystem eines Automobils oder Kraftfahrzeugs ausgestattet ist. Bei dieser Servolenkung wird die Lenkhilfskraft von einem Motor aufgebracht. Speziell betrifft die Erfindung eine Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung, bei der die Konvergenz einer Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs garantiert wird.
Eine elektrische Servolenkung zum Unterstützen des Lenkvorgangs bei einem Kraftfahrzeug durch ein Motordrehmoment arbeitet in der Weise, daß eine Lenkspindel oder eine Zahnstange in ihrer Bewegung durch die Antriebskraft eines Motors unter Zwischenschaltung eines Geschwindigkeitsuntersetzers mit Hilfe eines Umsetzmechanismus, beispielsweise eines Zahnrads oder eines Riemens, unterstützt wird. Eine bekannte elektrische Servolenkung führt eine Regelung des Motorstroms durch, um exakt ein Hilfsmoment (Lenkhilfsmoment) zu erzeugen. Die Regelung dient zum Einstellen einer Spannung, die dem Motor aufgeprägt wird, demzufolge die Abweichung zwischen einem Sollstromwert und einem erfaßten Iststromwert des Motors verringert wird. Im allgemeinen erfolgt das Aufprägen der Spannung auf den Motor dadurch, daß das Tastverhältnis eines pulsbreitenmodulierten Steuersignals (PWM-Signals) verändert wird.
1 zeigt den allgemeinen Aufbau einer elektrischen Servolenkung. Eine Spindel 2 eines Lenkrads 1 ist mit einer Lenkstange 6 eines Kraftfahrzeugs über ein Untersetzungsgetriebe 3, Universalgelenke 4a und 4b und einen Ritzel-Zahnstangenmechanismus verbunden. Ein Drehmomentfühler 10 dient zum Erfassen eines Lenkmoments des Lenkrads 1 und befindet sich hierzu an der Spindel 2. Ein Motor zum Unterstützen des Lenkvorgangs am Lenkrad 1 ist über eine Kupplung 21 und das Untersetzungsgetriebe 3 mit der Spindel 2 gekoppelt. Eine Batterie 14 liefert über ein Zündschloß 11 und ein Relais 13 elektrische Leistung an eine Steuereinheit 30, die die Servolenkung steuert. Die Steuereinheit 30 berechnet einen Lenkhilfesollwert I eines Hilfsbefehls basierend auf einem Lenkmoment T, welches von dem Drehmomentfühler 10 erfaßt wird, und einer Fahrzeuggeschwindigkeit V, die von einem Geschwindigkeitsabnehmer 12 erfaßt wird, und sie steuert den dem Motor 20 zuzuführenden Strom basierend auf dem berechneten Lenkhilfesollwert I. Die Steuereinheit 30 betreibt die Kupplung 21 mit einer Ein-/Aus-Steuerung. Die Kupplung 21 befindet sich im Aus-Zustand (ausgekuppelt) wenn die Steuereinheit 30 bestimmt, daß die Servolenkung defekt ist oder die Stromversorgung seitens der Batterie (Spannung Vb) durch das Zündschloß 11 oder das Relais 13 unterbrochen ist.
Die Steuereinheit 30 besteht hauptsächlich aus einer CPU. 2 veranschaulicht die von der CPU durch ein Programm ausgeführten allgemeinen Funktionen. Beispielsweise repräsentiert ein Phasenkompensator 31 hier keine unabhängige Hardware-Komponente, vielmehr stellt er eine Phasenkompensationsfunktion dar, die in der CPU ausgeführt wird. Die Funktion und die Arbeitsweise der Steuereinheit 30 werden unten näher erläutert. Der Drehmomentfühler 10 erfaßt ein Lenkmoment T und gibt dies auf den Phasenkompensator 31. Das eingegebene Lenkmoment T wird von dem Phasenkompensator 31 phasenkompensiert, um die Stabilität des Lenksystems zu verbessern. Dann wird das phasenkompensierte Lenkmoment Ta in eine Lenkhilfe-Sollwert-Recheneinheit 32 gegeben. Die von dem Geschwindigkeitsabnehmer 12 gelieferte Fahrzeuggeschwindigkeit V wird ebenfalls in die Recheneinheit 32 für den Lenkhilfesollwert eingegeben. Die Recheneinheit 32 ermittelt denjenigen Lenkhilfesollwert, der äquivalent ist zu einem einzustellenden Ziel- oder Sollwert des in den Motor 20 einzuspeisenden Stroms basierend auf dem eingegebenen Lenkmoment Ta und der Geschwindigkeit V. Dann wird der Lenkhilfesollwert I auf einen Substrahierer 30A sowie einen Differential-Kompensator 34 eines Mitkoppelsystems zum Steigern einer Ansprechgeschwindigkeit gegeben. Von dem Subtrahierer 30A wird eine Abweichung (I-i) ermittelt und auf eine Proportional-Recheneinheit 35 sowie eine Integral-Recheneinheit 36 gegeben. Das Proportional-Aus gangssignal und das Integral-Ausgangssignal werden beide auf einen Addierer 30B gegeben. Die Integral-Recheneinheit 36 dient zum Verbessern der Kennlinie eines Rückkopplungssystems. Die Ausgangssignale des Differential-Kompensators 34 und der Integral-Recheneinheit 36 werden ebenfalls auf den Addierer 30B gegeben. Als Ergebnis addiert der Addierer 30B sämtliche Eingangsgrößen zu einem Stromsteuerwert E. Der Stromsteuerwert E wird als Motortreibersignal auf eine Motortreiberschaltung 37 gegeben. Schließlich wird ein Motorstrom i des Motors 20 mit Hilfe einer Motorstrom-Detektorschaltung 38 ermittelt und zu dem Subtrahierer 30A zurückgeführt.
Nunmehr auf 3 Bezug nehmend, ist dort ein Beispiel für den Aufbau der Motortreiberschaltung 37 dargestellt. Die Motortreiberschaltung 37 enthält eine Gattertreiberschaltung 271 zum Treiben der Gates von Feldeffekttransistoren (FET), hier speziell zum Treiben des Gates von FET1 bis FET4, basierend auf dem Stromsteuerwert E, der von dem Addierer 30B geliefert wird, außerdem eine H-Brückenschaltung, die die FET1 bis FET4 enthält, und eine Booster-Versorgungsschaltung 372 zum Treiben der Hochpegelseite des FET1 und des FET2. Geschaltet werden der FET1 und der FET2 zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand durch ein PWM-Signal mit einem Tastverhältnis D1, welches basierend auf dem Stromsteuerwert E ermittelt wird, um auf diese Weise den tatsächlich dem Motor 2 zugespeisten Strom Ir einzustellen. Die FET3 und FET4 werden von einem PWM-Signal mit einem Tastverhältnis D2 betrieben, welches definiert ist durch eine vorbestimmte lineare Funktion (D2 = a·D1 + b, wobei a und b Konstanten sind), und zwar in einer Zone, in der das Tastverhältnis D1 einen geringen Wert hat. Nachdem das Tastverhältnis D2 100% erreicht hat, werden FET3 und FET4 zwischen einem Ein- und einem Aus-Zustand nach Maßgabe einer Drehrichtung des Motors 7 umgeschaltet, wobei die Drehrichtung auf dem Vorzeichen des PWM-Signals beruht.
Es gibt elektrische Servolenkungen, die beim raschen Lenken eines Fahrzeugs ein mäßiges Ansprechverhalten zeigen. Ein Beispiel für eine solche elektrische Servolenkung findet sich in JP 45-41246 B (S45(1970)-41246). Dort wird eine Vorrichtung beschrieben, die einen Torsinns-Drehmoment-Sensor zum Erfassen eines Torsionsmoments einer Lenkspindel beim Drehen eines Fahrzeugs enthält. Ansprechend auf das Ausgangssignal des Torsinns-Drehmomentfühlers steuert die Vorrichtung eine Drehrichtung und ein Drehmoment eines Elektromotors. Allerdings weist die bekannte Steuervorrichtung für den Elektromotor folgende Probleme auf: Wenn das Ausgangssignal der Steuervorrichtung einen hohen Pegel hat, wird aufgrund der Trägheit des Steuersystems die Konvergenz beim leichthändigen Steuern des Fahrzeugs verschlechtert. Beim raschen Lenkeinschlag des Fahrzeugs während des Durchfahrens einer engen Kurve fühlt ein Fahrer sich im allgemeinen wohler, wenn es eine mäßige Rückwirkung der Lenkung auf das Lenkrad gibt. Dennoch enthält das oben angesprochene bekannte Servolenksystem keine Einheit zum Kompensieren einer Hilfslenkkraft abhängig von der Lenkgeschwindigkeit. Beim Durchfahren einer scharfen Kurve mit kleinem Radius fühlt sich der Fahrer dann unsicher, weil sich das Lenkrad zu leichtgängig anfühlt.
Um diese Probleme zu lösen, ist zum Beispiel in der JP 2568817 B2 eine Motorsteuervorrichtung vorgeschlagen, bei der basierend auf dem Lenkeinschlagwinkel eines Lenkrads eine Bremse aktiviert wird. Die Motorsteuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung steuert die Drehrichtung und das Drehmoment eines Elektromotors, der dem Lenksystem eine Hilfslenkkraft vermittelt, die von einem Befehls- oder Sollsignal abhängt, welches seinerseits auf dem Ausgangssignal eines Torsinns-Drehmomentsensors beruht, mit dem ein Torsionsmoment des Lenksystems erfaßt wird. Die Motorsteuervorrichtung enthält einen Detektor zum Erfassen einer Lenkwinkelgeschwindigkeit der Lenkung, eine Lenkwinkel-Phasenkompensationseinheit zum Erzeugen eines Dämpfungssignals, welches Drehmomente sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung des Lenkvorgangs definiert, abhängig von der Lenkwinkelgeschwindigkeit, und eine Treibersteuereinheit zum Steuern der Drehrichtung und des Drehmoments des Elektromotors nach Maßgabe eines Sollsignals, bei dem es sich um die Summe des Dämpfungssignals und desjenigen Sollsignals handelt, welches basierend auf dem Torsions-Drehmomentsignal des Lenksystems ermittelt wird.
Allerdings erzeugt die obige bekannte Vorrichtung ein Drehmoment in Abhängigkeit der Lenkwinkelgeschwindigkeit in einer Richtung entgegen der Lenk-Vorwärtsrichtung und bremst eine Änderung des Lenkwinkels, was zu folgenden Problemen führt: Weil die Vorrichtung direkt eine Änderung des Lenkwinkels bremst, besteht das Risiko, daß das Gieren des Fahrzeugs divergiert. Darüber hinaus ist das Gieren des Fahrzeugs assynchron bezüglich des Lenkwinkels, was ein unnatürliches Lenkgefühl für den Fahrer bedeutet. Weil die Bremse direkt einwirkt, um für die Änderung des Lenkwinkels einen Widerstand zu bilden, ist die Konvergenzgeschwindigkeit des Ansprechen auf die Lenkradkraft gering, während sich das Fahrzeug seitlich bewegt, so daß es möglicherweise zu gefährlichen Situationen kommt.
In DE 44 22 031 A1 ist ein Fahrzeuglenksystem beschrieben, welches den Widerstand eines Fahrzeugs gegen äußere Einflüsse, wie etwa Seitenwind, verbessern kann. Insbesondere umfasst das Fahrzeuglenksystem eine Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung zum Steuern eines Motors, der einen Lenkmechanismus mit einer Lenkhilfskraft versorgt. Das Ausgangsdrehmoment des Elektromotors wird gesteuert durch ein Steuersignal von einer Steuereinheit, abhängend vom Ausgangssignal von Sensoren, insbesondere einem Lenkwinkelsensor, einem Drehmomentsensor, einem Gierratensensor und einem Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler, wobei das Steuersignal dem Motor über einen Treiberkreis zugeführt wird.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung zum Bremsen einer Giergeschwindigkeit eines Fahrzeugs, um so die Konvergenz der Giergeschwindigkeit zu garantieren, indem ein Konvergenzsignal erzeugt wird, mit dem die Giergeschwindigkeit zum Konvergieren gebracht wird, basierend auf einer Relation zwischen einem Lenkwinkel der elektrischen Servolenkung und der Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs. Auf diese Weise soll die Konvergenz der Giergeschwindigkeit ohne eine für den Fahrer unangenehme Beeinflussung garantiert werden.
Um diese Aufgabe zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung eine Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die Detektoreinheit kann eine Lenkwinkelgeschwindigkeits-Berechnungseinheit und eine Giergeschwindigkeits-Differenzabschätzeinheit enthalten.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines Beispiels einer elektrischen Servolenkung;
2 ein Blockdiagramm des allgemeinen internen Aufbaus einer Steuereinheit;
3 ein Verdrahtungsdiagramm eines Beispiels einer Motortreiberschaltung;
4 ein Blockdiagramm eines Beispiels des Aufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 eine Darstellung eines Automodells;
6 ein Blockdiagramm des Modells nach 5 in Form einer Übertragungsfunktion;
7 ein Blockdiagramm eines Rückkopplungssystems für ein Motordrehmoment und eine Giergeschwindigkeit γ;
8 eine Darstellung des Frequenzgangs einer Übertragungsfunktion (Gs);
9 ein Blockdiagramm des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Konvergenzsystems;
10 eine Darstellung einer Ersatzschaltung des Aufbaus nach 9; und
11 eine Darstellung der Effekte einer Giergeschwindigkeits-Konvergenzsteuerung.
Allgemein lassen sich die dynamischen Eigenschaften eines Kraftfahrzeugs durch folgende Gleichung 1 mit Hilfe eines Zweiradmodells ausdrücken, wenn β ein Schlupfwinkel, γ eine Giergeschwindigkeit, δ ein Ist-Lenkwinkel und A₁₁ bis A₂₂ und B₁ sowie B₂ Konstanten sind, wobei die Geschwindigkeit als Parameter zugeordnet wird:
Der obige Ausdruck (1) wird mit Hilfe von Matrizen A und B vereinfacht zu dem Ausdruck (2):
Ein Selbstausrichtungs-Drehmoment (Ts), welches bei einer Bewegung eines Fahrzeugs wirksam wird, entspricht folgendem Ausdruck (3):
Mit Hilfe der obigen Ausdrucke (1) bis (3) kann man Übertragungs-Kennlinien gewinnen, bei denen der Ist-Lenkwinkel δ eingegeben und das Selbstausrichtungs-Drehmoment Ts ausgegeben wird, entsprechend den nachstehenden Ausdrücken (4) und (5), wobei I als 2 × 2-Matrix gegeben ist, s ein Laplace-Operator ist und a₁, a₂, c₀, b₀, b₁, c₁ und c₂ Konstanten sind, wobei die Geschwindigkeit als Parameter dient: Ts(s) = {C(s·I – A)–1·B + D}δ(s) = {(c0·s2 + c1·s + c2)/(s2 + a1·s + a2)}·δ(s) (4) γ(s) = {[0 1](s·I – A)–1·B}δ(s) = {(b0·s + b1)/(s2 + a1·s + a2)}·δ(s) (5)
In 5 ist ein Kraftfahrzeugmodell dargestellt. Eine vom Fahrer aufgebrachte Lenkkraft ist mit Th bezeichnet, ein in der Lenksäule verkleinerter Wert eines von einem Motor erzeugten Drehmoments, das heißt das Motormoment i des auf die Längssäule wirkenden Drehmoments ist mit Tm bezeichnet. Ein Resonanzsystem, welches eine Torsionsstabfeder der elektrischen Servolenkung enthält, besitzt eine Eigenfrequenz, die größer ist als das Zehnfache der Eigenfrequenz von γ und folglich einfach als starrer Körper angenommen werden kann. Wenn g ein Geschwindigkeits-Übersetzungsverhältnis eines Kitzel-Zahnstangen-Systems ist und J eine Konstante ist, die die Trägheit des Steuerrads, die Motorträgheit und ein Geschwindigkeits-Untersetzungsverhältnis beinhaltet, kann man das in 5 gezeigte Modell so auffassen, als habe es die in Blöcken in 6 dargestellte Übertragungsfunktion. Gemäß dem in 6 gezeigten Blockdiagramm erhält man die Übertragungsfunktion von dem Lenksäulen-Reduzierungswert Cm zu der Ausgangsgröße δ folgendermaßen:
Mit Hilfe des obigen Ausdrucks (6) vereinfacht sich die Transferfunktion von dem Lenksäulen-Spindel-Reduktionswert Tm auf die Giergeschwindigkeit γ folgendermaßen:
Der Ausdruck (7) zeigt, daß die Rückkopplung *γ (eine Ableitung von γ) einen Dämpfungseffekt auf die Giergeschwindigkeit γ ausübt, das heißt zu einem verbesserten Konvergieren der Giergeschwindigkeit führt. Es soll ein System betrachtet werden, wie es zum Beispiel in 7 dargestellt ist. Dieses System führt eine vorbestimmte Rückkopplung des Lenksäulen-Spindel-Reduktionswerts Tm des Ausgangsdrehmoments des Motors mit Hilfe eines die Giergeschwindigkeit γ beinhaltenden Signals aus.
Das in 7 gezeigte Blockdiagramm führt zu folgendem:
Wenn Kd die Rückkopplungsverstärkung der Giergeschwindigkeit γ ist und angegeben wird in der Form P(s) = Kd·s/(b₀·s + B₁), so läßt sich der Ausdruck (8) folgendermaßen ausdrücken:
Die Differenz zwischen dem Ausdruck (7), der vor der Rückkopplung der Giergeschwindigkeit γ gilt, und dem Ausdruck (9) ist die Addition der Verstärkung Kd zu dem zweiten Term (dem linearen Term von s) eines Nenners im Ausdruck (9). Folglich wirkt die Dämpfung entsprechend der Rückkopplungsverstärkung Kd der Giergeschwindigkeit auf die Übertragungsfunktion zwischen Lenkmoment Th und Giergeschwindigkeit γ, wodurch die Konvergenz des Fahrzeugverhaltens beim Freihändigfahren des Fahrzeugs verbessert wird.
Als nächstes soll eine Zunahme der positiven Konstanten des linearen Terms von s als Ursache für eine Erhöhung der Dämpfung beschrieben werden. Die Kennlinie einer Transferfunktion G(s) = ω²/(c·s² + 2ζ·ω·s + ω²) bei der Verstärkung 1, der Eigenfrequenz ω und der Dämpfung ζ weist den in 8 dargestellten Verlauf auf. In der Übertragungsfunktion erscheint die Dämpfung ζ nur in dem linearen Term von s. Vergleicht man die Ausdrücke in (7) und (9), so ist die Eigenfrequenz ω in den definierten konstanten Termen der Nenner gleich. Der einzige Unterschied ist eine Zunahme im linearen Term von s des Nenners im Ausdruck (9). Man kann also schlußfolgern, daß es eine Zunahme der Dämpfung vom Ausdruck (7) zum Ausdruck (9) gibt. Somit läßt sich ein Rückkopplungswert des Motordrehmoments durch folgenden Ausdruck (10) angeben. Tm(s) = {Kd·s/(b0·s + b1)}·γ(s) = {Kd/(b0·s + b1)}·*γ(s) (10)
In anderen Worten: Man sieht, daß die Rückkopplung des Differentials *γ(s) der Giergeschwindigkeit auf den Lenksäulen-Spindel-Reduktionswert Tm des Motordrehmoments die Anwendung einer Dämpfung auf die Giergeschwindigkeit γ ermöglicht.
Oben wurde ein Verfahren zum Messen der Giergeschwindigkeit γ zur Berechnung des Differentials *γ und zu ihrer Zurückführung auf den Lenksäulen-Spindel-Reduktionswert Tm des Motordrehmoments beschrieben. Im folgenden soll ein Verfahren zum Abschätzen von *γ und zum Rückführen des Werts auf den Lenksäulen-Spindel-Reduktionswert Tm des Motordrehmoments beschrieben werden. Im allgemeinen wird in einer elektrischen Servolenkung eine Motorwinkelgeschwindigkeit *θ gemessen oder abgeschätzt, um eine Regelung zum Kompensieren von Einflüssen des Motorträgheitsmoments und von Reibung durchzuführen. Ein System, welches die Giergeschwindigkeit γ ansprechend auf die Eingabe des Ist-Lenkwinkels δ ausgibt, besitzt folgende Übertragungsfunktion: γ(s)/δ(s) = (b0·s + b1)/(s2 + a1·s + a2) (11)
Wenn h ein Geschwindigkeits-Untersetzungsverhältnis ist und folglich δ = h·θ gilt, läßt sich folgendes schließen: γ(s) = [(b0·s + b1)/(s2 + a1·s + a2)}·δ(s) γ(s) = {(b0·s + b1)/(s2 + a1·s + a2)}·h·θ(s) (12)
Daraus läßt sich folgendes ableiten, z. B. durch Differenzierung von (12): γ(s) = {(b0·s + b1)/(s2 + a1·s + a2)}·h·*θ (13)
Setzt man für die Motorwinkelgeschwindigkeit *θ(s) einen Schätzwert #θ(s) ein, so kann man *γ(s) anhand folgenden Ausdrucks (14) abschätzen, wobei #γ(s) die Abschätzung von *γ ist:
Damit wird folgender Ausdruck (15) erhalten: Tm(s) = {Kd/(b0·s + b1)}·*γ(s) = {Kd/(b0·s + b1)}·#γ(s) = {(b0·s + b1)/(s2 + a1·s + a2)}·h{Kd/(b0·s + b1)}·#θ(s) = {h·Kd/(s2 + a1·s + a2)}·#θ(s) (15)
Unter Verwendung des Schätzwerts #θ für die Motorwinkelgeschwindigkeit zum Berechnen des Ausdrucks (15) wird der Lenksäulen-Spindel-Reduktionswert Tm des Motordrehmoments definiert. Deshalb ist es möglich, den gleichen Effekt wie den zu erzielen, den man durch das Ermitteln des Differentials *γ(s) erhält.
Nunmehr auf die 4 Bezug nehmend, die der 2 entspricht, ist dort ein Beispiel für den erfindungsgemäßen Aufbau dargestellt. Eine Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzeinheit 301 im Rahmen einer Steuereinheit 30A führt eine Abschätzung einer Motorwinkelgeschwindigkeit ω anhand eines Stromsteuerwerts E (entsprechend einer Spannung an den Motoranschlüssen) und einer Motorstromstärke i durch. Die abgeschätzte Motorwinkelgeschwindigkeit ω wird in einen Verlustdrehmoment-Kompensator 303 und einen Konvergenzregler 340 eingegeben. Das Ausgangssignal des Verlustdrehmoment-Kompensators 303 wird in einen Addierer-Subtrahierer 30A eingegeben. Der Verlustdrehmoment-Kompensator 303 stellt ein Hilfsmittel dar, um ein Verlustdrehmoment des Motors 20 in der Richtung zu bilden, in der das Verlustdrehmoment des Motors 20 erzeugt wird, das heißt in Drehrichtung des Motors 20.
Der Konvergenzregler 340 enthält eine Lenkwinkelgeschwindigkeits-Recheneinheit 341, die einen Lenkwinkel θ aus der Motorwinkelgeschwindigkeit ω berechnet, und eine Giergeschwindigkeits-Differential-Abschätzeinheit 242, die ein Konvergenzsignal Cn ausgibt, um die Giergeschwindigkeit basierend auf der Lenkwinkelgeschwindigkeit *θ konvergieren zu lassen. Das Konvergenzsignal Cn wird als Rückkopplung in den Addierer-Subtrahierer 30A eingegeben. Darüber hinaus wird die Motorwinkelgeschwindigkeit ω in eine Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzeinheit (Differenzierglied) 302 eingegeben, um eine Motor-Winkelbeschleunigung abzuschätzen, die ihrerseits in einen Trägheitskompensator 305 eingegeben wird. Der Trägheitskompensator 305 gibt ein Kompensationssignal aus, welches anschließend in den Addierer-Subtrahierer 30A eingegeben wird. Der Trägheitskompensator 305 dient zum Unterstützen des Äquivalents einer durch die Trägheit des Motors 20 erzeugten Kraft, um so jegliches Trägheitsgefühl und jegliche Beeinträchtigung im Regel-Ansprechverhalten zu unterbinden.
Bei der Erfindung wird zunächst von der Lenkwinkelgeschwindigkeits-Recheneinheit 341 die Lenkwinkelgeschwindigkeit *θ aus der Motorwinkelgeschwindigkeit ω berechnet. Da die Motorwinkelgeschwindigkeit ω annähernd proportional zu der Lenkwinkelgeschwindigkeit *θ ist, läßt sich die Lenkwinkelgeschwindigkeit *θ in einfacher Weise aus der Motorwinkelgeschwindigkeit ω berechnen. Die Giergeschwindigkeits-Differential-Abschätzeinheit 343 ermittelt eine Änderungsgeschwindigkeit der Giergeschwindigkeit γ des Fahrzeugs anhand der Lenkwinkelgeschwindigkeit *θ. Im allgemeinen wird eine Beziehung zwischen dem Lenkwinkel θ und der Giergeschwindigkeit γ durch folgenden Ausdruck (16) dargestellt: γ(s) = (b0·s2·s + b1·s + b2)/(s2+ a1·s + a2)·θ(s)·b0/(s2 + a1·s + a2)·θ(s) (16)
Beide Glieder des Ausdrucks (16) werden differenziert, und man erhält: *γ(s) = b0/(s2 + a1·s + a2)·*θ(s) (17)
In anderen Worten, die Geschwindigkeit der Änderung *γ erhält man aus der Lenkwinkelgeschwindigkeit *θ(s) unter Verwendung des Ausdrucks (17). Die Eigenfrequenz der Übertragungsfunktion des Drehmoments auf den Lenkwinkel in einem mechanischen System des Lenksystems ist etwa zehnmal höher als die Eigenfrequenz der Übertragungsfunktion des Lenkwinkels zu der Giergeschwindigkeit. Somit ist das Drehmoment T etwa proportional zu dem Lenkwinkel θ. Folglich ermöglicht die Rückführung eines Drehmomentesignals, welches gemäß Ausdruck (17) proportional zu *γ(s) ist, die Erzeugung eines Lenkwinkelsignals, welches synchron zu der Änderungsgeschwindigkeit der Giergeschwindigkeit ist. Als Ergebnis erfährt die Giergeschwindigkeit eine Dämpfung. Der Grund hierfür wurde oben beschrieben. γ(s) = b0/(s2 + a1·s + a2)·θ(s) T(s) = θ(s) (18)
9 zeigt ein Blockdiagramm, um die in 10 dargestellte Übertragungsfunktion zu erhalten, welche gewonnen wird, wenn die Konstante K größer ist als die Konstanten m und c. Nunmehr auf 9 Bezug nehmend, zeigt der Block 350 eine Übertragungsfunktion des Lenksystems, der Block 351 gibt eine Übertragungsfunktion des Fahrzeugs an. Das Blockdiagramm in 10 läßt sich durch folgenden Ausdruck (19) beschreiben: γ(s)/T(s) = (1/K)·b0/(s2 + (a1 + Kd)·s + a2) (19)
Folglich wird die Giergeschwindigkeit mit einer Dämpfung beaufschlagt. Wie durch den Ausdruck (19) angedeutet ist, wird, weil die Dämpfung (a₁ + Kd), die die Eigenfrequenz a₂ des Fahrzeugs beeinflußt, erhöht wird, die Konvergenzgeschwindigkeit nicht beeinträchtigt. Da die Variablen a₁, a₂, b₀ und b₁ die Geschwindigkeit als Parameter enthalten, ist es zu bevorzugen, ihre Werte nach Maßgabe der Fahrzeuggeschwindigkeit zu ändern.
Eine Steuervorrichtung gemäß der Erfindung erzeugt ein Konvergenzsignal zum Konvergierenlassen einer Giergeschwindigkeit basierend auf einer Beziehung zwischen einem Lenkwinkel einer elektrischen Servolenkung und der Fahrzeug-Giergeschwindigkeit, so daß die Konvergenz der Giergeschwindigkeit garantiert ist. Darüber hinaus verhindert die Vorrichtung, daß die geregelte Giergeschwindigkeit geringer wird als die Konvergenzgeschwindigkeit der Giergeschwindigkeit, die für das Fahrzeug spezifisch ist.
11 veranschaulicht ein Beispiel von Versuchs-Kennlinien zweier Fälle, wobei in dem einen Fall eine Giergeschwindigkeits-Konvergenzregelung durchgeführt und im anderen Fall eine solche Regelung nicht durchgeführt wurde. Aus dem Versuchsergebnis ist verständlich, daß die vorliegende Erfindung starke Vorteile aufweist.

Claims

Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung zum Steuern eines Motors (20), der einen Lenkmechanismus mit einer Lenkhilfskraft versorgt, umfassend: eine erste Rechnereinrichtung (32) zum Berechnen eines Lenkhilfesollwerts (I) basierend auf einem an einer Lenkspindel (2) erzeugten Lenkmoment (T), eine zweite Recheneinrichtung (34, 35, 36) zum Berechnen eines Stromsteuerwerts (E) aus dem Lenkhilfesollwert und einem Motorstromwert, eine Steuereinrichtung (37) zum Steuern des Motors basierend auf dem Stromsteuerwert, eine Detektoreinrichtung (340) zum Erfassen einer Änderungsgeschwindigkeit einer Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs, und eine Dämpfungseinrichtung zum Dämpfen der Giergeschwindigkeit basierend auf deren Änderungsgeschwindigkeit.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Detektoreinrichtung (340) eine dritte Recheneinrichtung (341) zum Berechnen einer Lenkwinkelgeschwindigkeit und eine Abschätzeinrichtung (342) zum Abschätzen eines Giergeschwindigkeits-Differentials enthält.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, bei der ein Abschätzwert der Motorwinkelgeschwindigkeit (*Θ) in die dritte Recheneinrichtung eingegeben wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Abschätzeinrichtung eine Gleichungsberechnung der Gleichung (b₀·s + b₁)/(s² + a₁·s + a₂)·h·*Θ vornimmt, wobei s ein Laplace-Operator, b₀, b₁ a₁ und a₂ Konstanten und h ein Geschwindigkeitsuntersetzungsverhältnis sind.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Änderungsgeschwindigkeit der Giergeschwindigkeit erhalten wird durch Erfassen der Giergeschwindigkeit und durch Differenzieren des Erfassungssignals.