DE19951548A1 - Elektrische Servolenkvorrichtung - Google Patents

Elektrische Servolenkvorrichtung

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Abstract

Eine elektrische Servolenkvorrichtung umfaßt eine Steuereinheit (13; 35; 40; 45) zum Steuern/Regeln eines Elektromotors (8), um ein elektrisches Lenkhilfsdrehmoment zu einem Lenksystem eines Kraftfahrzeugs zu übertragen. Die Steuer-/Regeleinheit (13; 35; 40; 45) ist mit einem Detektorbereich (24) für einen instabilen Zustand versehen, welcher ein Modifikations-Signal (D¶H¶) erzeugt, wenn er einen instabilen Zustand des Fahrzeugs erfaßt, bei welchem das Lenkrad (2) zu einem übermäßig starken Ausmaß verdreht ist. Ein Soll-Motorstrom-Signal (I¶MS¶), welches derart wirksam ist, daß es ein elektrisches Lenkhilfsdrehmoment entsprechend dem manuellen Lenkdrehmoment bereitstellt, wird durch die Steuer-/Regeleinheit (13; 35; 40; 45) nach Maßgabe des Modifikations-Signals (D¶H¶) modifiziert, welches Modifikations-Signal (D¶H¶) von dem Detektorbereich (24) für einen instabilen Zustand erzeugt wird. Somit wird das Reifen-zum-Lenkrad-Drehmoment in einer Rückkehrrichtung des Lenkrads (2) derart unterstützt, daß das Lenkrad (2) mit gesteigerter Geschwindigkeit in seine Mittelposition zurückkehren kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine elektrische Servolenkvorrichtung zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, welche eine elektrische Lenkunterstützung durch einen Elektromotor für ein Fahrzeuglenksystem bereitstellt, um einen manuell von einem Fahrzeugfahrer aufzubringenden Lenkaufwand zu reduzieren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine verbesserte elektrische Servolenkvorrichtung, welche es ermöglicht, daß das Lenkrad mit vergrößerter Geschwindigkeit in seine Mittelposition zurückkehrt, wenn der Fahrzeugfahrer das Lenkrad nach starkem Drehen desselben freigibt (beispielsweise seine Hände von diesem wegnimmt).
Im allgemeinen werden elektrische Servolenkvorrichtungen für Kraftfahrzeuge derart ausgelegt, daß dann, wenn der Fahrzeugfahrer das Lenkrad nach einem Drehen desselben zur Veränderung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs freigibt, die Räder einer Kraft ausgesetzt sind (Selbstausrichtungs-Drehmoment), welche derart wirkt, daß die Räder in die Gerade-aus-Position zurückgestellt werden, wodurch bewirkt wird, daß das Lenkrad automatisch in seine Mittelposition zurückgedreht wird.
Allerdings ist es bekannt, daß dann, wenn das Lenkrad während der Bewegung des Fahrzeugs stärker gedreht wird, das Fahrzeug dazu neigt, eine weniger scharfe Kurve zu fahren als dies der Fahrzeugfahrer beabsichtigt (d. h. das Fahrzeug zeigt eine stärkere Untersteuerungsneigung) und ein automatisches Zurückkehren des Lenkrads in seine Mittelposition nach dessen Freigabe ist erschwert. Eine derartige Untersteuerungsneigung tritt aufgrund der Tatsache auf, daß das Selbstausrichtungs-Drehmoment abnimmt, wenn die Rutschwinkel der Reifen auf einer Straßenoberfläche größer werden. Insbesondere tritt die Untersteuerungsneigung dann merklich in Erscheinung, wenn die Straßenoberfläche einen geringen Reibungskoeffizienten (µ) aufweist (und damit rutschig ist) oder wenn das Lenkrad unbeabsichtigterweise aufgrund eines von der elektrischen Servolenkvorrichtung ermöglichten geringen Lenkaufwands übermäßig stark gedreht wird.
Wenn das Lenkrad auf einer rutschigen Straßenoberfläche in stark gedreht wird, wird die automatische Rückkehrbewegung des Lenkrads nach dessen Freigabe durch den Fahrer aufgrund des verringerten selbstausrichtenden Drehmoments beträchtlich verzögert, was unerwünschterweise zu einer Störung der Fahrzeugbewegungsbahn führt.
Fig. 11 zeigt einen Graph einer typischen Beziehung zwischen einem Lenkwinkel δ und einem Drehmoment TH, welches von den Reifen auf das Lenkrad ausgeübt wird, wenn das Lenkrad von dem Fahrer gedreht wird (dieses Drehmoment TH wird nachfolgend als "Reifen-zum-Lenkrad- Drehmoment" bezeichnet). In Fig. 11 wächst das Reifen-zum-Lenkrad- Drehmoment TH zunächst stärker als der Lenkwinkel δ an, indem der Fahrer das Lenkrad von seiner Mittelposition aus nach außen (nach links oder nach rechts) dreht. Nachdem der Lenkwinkel δ einen Stabilitäts-Schwellenwert δk überschritten hat und in einen Bereich gelangt, welcher einen Zustand starker Lenkraddrehung wiedergibt, nimmt jedoch das Reifen-zum-Lenkrad- Drehmoment TH ab, wie durch die Kurve mit durchgezogener Linie gezeigt. Nachfolgend kehrt dann, wenn der Fahrzeugfahrer das Lenkrad bei einem Lenkwinkel δy freigibt, das Lenkrad eher schrittweise als unmittelbar in seine Mittelposition zurück, da die Reifen ein sehr kleines Reifen-zum-Lenkrad- Drehmoment TH aufbringen, wie durch die Kurve in gestrichelter Linie gezeigt. Wenn dann einmal der Lenkwinkel δ kleiner wird als der Stabilitäts- Schwellenwert δk, kehrt das Lenkrad mit normaler Rate zurück.
Der Bereich (oder die Fläche) des Reifen-zum-Lenkrad-Drehmoments TH, welcher durch die charakteristische Lenkbewegungs-Kurve und die charakteristische Rückkehrbewegungs-Kurve des Lenkrads definiert ist, gibt das Maß der Rückkehrfähigkeit des Lenkrads an; d. h. eine kleinere Fläche des Reifen-zum-Lenkrad-Drehmoments TH, welche durch die charakteristische Lenkbewegungs-Kurve und die charakteristische Rückkehrbewegung-Kurve des Lenkrads definiert ist, gibt eine größere Rückkehrfähigkeit des Lenkrads an.
Wenn die Rückkehrfähigkeit des Lenkrads sehr klein wird, nachdem der Lenkwinkel δ den Stabilitäts-Schwellenwert δk überschreitet, ist eine größere Zeit erforderlich, bis das Lenkrad in seine Mittelposition zurückkehrt. Somit weisen herkömmliche elektrische Servolenkvorrichtungen das Problem auf, daß die Bewegungsbahn des Fahrzeugs sich unerwünscht nach außen erweitert, was zu einer Störung des Fahrzeugverhaltens führt.
Es ist demzufolge eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Servolenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche es selbst dann, wenn das Lenkrad in sehr starkem Maß derart gedreht wird, daß der Lenkwinkel einen Stabilitäts-Schwellenwert überschreitet, ermöglicht, daß das Lenkrad mit größerer Geschwindigkeit in seine Mittelposition zurückkehrt, und welche dadurch ein stabilisiertes Fahrzeugverhalten erreicht.
Um die vorstehend genannte Aufgabe zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung eine elektrische Servolenkvorrichtung für ein Fahrzeug bereit, welche umfaßt: einen Lenkdrehmomentsensor zur Erfassung des auf ein Lenksystem des Fahrzeugs ausgeübten Lenkdrehmoments, einen Elektromotor zum Übertragen eines elektrischen Lenkhilfsdrehmoments zu dem Lenksystem, und eine Steuer-/Regeleinheit zum Steuer/Regeln des Betriebs des Elektromotors. Die Steuer-/Regeleinheit der erfindungsgemäßen elektrischen Servolenkvorrichtung umfaßt einen Soll-Motorstrom-Setzbereich zum Erzeugen eines Soll-Motorstrom-Signals zumindest auf Grundlage des von dem Lenkdrehmomentsensor erfaßten Lenkdrehmoments, einen Detektorbereich für einen instabilen Zustand zum Erfassen eines instabilen Zustands des Fahrzeugs, bei welchem das Lenkrad in starkem Maße aus seiner Mittelposition verdreht wurde, und zum Erzeugen eines Modifikationssignals zum Modifizieren oder Einstellen des Werts oder der Höhe des Soll-Motorstrom-Signals in Antwort auf eine Erfassung des instabilen Zustands des Fahrzeugs, und einen Modifikationsbereich zum Modifizieren des Soll-Motorstrom-Signals in Rückkehrrichtung eines Lenkrads nach Maßgabe des Modifikationssignals.
Bei der derart aufgebauten elektrischen Servolenkvorrichtung wird das Soll- Motorstrom-Signal, welches eine Bereitstellung eines elektrischen Lenkunterstützungs-Drehmoments entsprechend dem manuellen Lenkdrehmoment bewirkt, von dem Modifikationsbereich der Steuer- /Regeleinheit nach Maßgabe des Modifikationssignals modifiziert, welches Modifikationssignal von dem Detektorbereich für einen instabilen Zustand erzeugt wird, wobei der Detektorbereich den instabilen Zustand, d. h. eine sehr starke Drehung des Lenkrads erfaßt. Durch die Modifikation des Soll- Motorstrom-Signals wird bewirkt, daß die elektrische Lenkdrehmoment- Unterstützung in Rückkehrrichtung des Lenkrads wirkt, wodurch ermöglicht wird, daß das Lenkrad mit erhöhter Geschwindigkeit in seine Mittelposition zurückkehrt.
Bei der vorliegenden Erfindung wird der instabile Zustand des Fahrzeugs durch Bestimmung einer Differenz der Rutschwinkel zwischen den vorderen und den hinteren Rädern des Fahrzeugs erfaßt. Die Differenz der Rutschwinkel kann durch Auswerten einer Gleichung:
βfr = (Y.L/V) - δ
bestimmt werden, wobei βfr die Differenz der Rutschwinkel wiedergibt, V eine Fahrzeuggeschwindigkeit wiedergibt, δ einen Lenkwinkel wiedergibt, Y eine Gierrate wiedergibt und L einen Radstand wiedergibt, d. h. einen Abstand zwischen den Mittellinien der Vorder- und Hinterräder.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Steuer-/Regeleinheit ferner einen Lenkrad-Bewegungs-Detektorbereich aufweisen, welcher eine Drehbewegung nach außen (weg von der Mittelposition) und eine Rückkehrbewegung des Lenkrads (zur Mittelposition hin) erfaßt. In diesem Fall modifiziert der Modifikationsbereich das Soll-Motorstrom-Signal in Rückkehrrichtung des Lenkrads nach Maßgabe des Modifikationssignals, wenn der Lenkrad-Bewegungs-Detektorbereich die Rückkehrbewegung des Lenkrads erfaßt.
Die Steuer-/Regeleinheit kann einen Untersteuerungs-Detektorbereich umfassen, welcher einen Untersteuerungszustand des Fahrzeugs erfaßt. In diesem Fall modifiziert der Modifikationsbereich der Steuer-/Regeleinheit das Soll-Motorstrom-Signal in der Rückkehrrichtung des Lenkrads nach Maßgabe des Modifikationssignals auf Grundlage eines Untersteuerungszustand- Erfassungssignals, welches von dem den Untersteuerungszustand des Fahrzeugs erfassenden Untersteuerungs-Detektorbereich erfaßt wurde, und auf Grundlage eines Rückkehrbewegung-Erfassungssignals von dem Lenkradbewegungs-Detektorbereich.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann die Steuereinheit einen Reibungs-Modifikationskoeffizient-Generatorbereich umfassen, welcher einen Reibungs-Modifikationskoeffizienten entsprechend eines Reibungskoeffizienten einer Straßenoberfläche erzeugt. In diesem Fall modifiziert der Modifikationsbereich das Soll-Motorstrom-Signal in Rückkehrrichtung des Lenkrads nach Maßgabe eines zusammengesetzten Modifikationssignals, welches erzeugt wird, indem das Modifikationssignal von dem Detektorbereich für einen instabilen Zustand und der Reibungs- Modifikationskoeffizient von dem Reibungs-Modifikationskoeffizient- Generatorbereich kombiniert werden. Der Reibungs- Modifikationskoeffizienten-Generatorbereich erzeugt nämlich bei einer rutschigen Straßenoberfläche mit geringem Reibungskoeffizienten einen kleinen Reibungs-Modifikationskoeffizienten, so daß das zusammengesetzte Modifikationssignal, welches eine Kombination des Modifikationssignals von dem Detektorbereich für einen instabilen Zustand und des Reibungs- Modifikationskoeffizienten ist, einen größeren Wert annimmt und dadurch ermöglicht, daß das Lenkrad mit größerer Geschwindigkeit in die Mittelposition zurückkehrt. Bei einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist der Reibungs-Modifikationskoeffizient auf Grundlage eines Verhältnisses der Gierrate und des Lenkwinkels bestimmt.
Bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden detaillierter mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm ist, welches einen allgemeinen Aufbau einer elektrischen Servolenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ein Funktionsblockdiagramm einer Steuer-/Regeleinheit ist, welche in der elektrischen Servolenkvorrichtung aus Fig. 1 eingesetzt wird;
Fig. 3 ein Blockdiagramm ist, welches Details eines Detektorbereichs für einen instabilen Zustand in der Steuer-/Regeleinheit aus Fig. 2 zeigt;
Fig. 4 ein Blockdiagramm ist, welches eine Modifikation der Steuer- /Regeleinheit der erfindungsgemäßen elektrischen Servolenkvorrichtung zeigt;
Fig. 5 ein Blockdiagramm ist, welches eine weitere Modifikation der Steuer-/Regeleinheit der erfindungsgemäßen elektrischen Servolenkvorrichtung zeigt;
Fig. 6 ein Blockdiagramm ist, welches eine weitere Modifikation der Steuer-/Regeleinheit der erfindungsgemäßen elektrischen Servolenkvorrichtung zeigt;
Fig. 7 ein Graph ist, welcher eine charakteristische Steuer- /Regelkurve eines Soll-Motorstrom-Signals über einem Lenkdrehmoment mit Fahrzeuggeschwindigkeiten als Parameter zeigt;
Fig. 8 ein Graph ist, welcher eine charakteristische Steuer- /Regelkurve einer Modifikationsgröße über einer Differenz zwischen den Rutschwinkeln der Vorder- und Hinterräder des Fahrzeugs zeigt;
Fig. 9 ein Graph ist, welcher eine charakteristische Steuer- /Regelkurve eines Reibungs-Modifikationskoeffizienten über einem Verhältnis einer Gierrate zu einem Lenkwinkel zeigt;
Fig. 10 ein Graph ist, welcher die charakteristische Steuer-/Regelkurve eines Reifen-zum-Lenkrad-Drehmoments über einem Lenkwinkel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 11 ein Graph ist, welcher eine typische Beziehung zwischen dem Lenkwinkel und dem Reifen-zum-Lenkrad-Drehmoment in einer herkömmlichen elektrischen Servolenkvorrichtung zeigt.
Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen, welche als Blockdiagramm einen allgemeinen Aufbau einer elektrischen Servolenkvorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Hinsichtlich ihrer Mechanik umfaßt die elektrische Servolenkvorrichtung 1 ein Lenkrad 2, eine Lenkwelle 3, ein Kegelrad 4, einen Ritzel-und-Zahnstangen-Lenkgetriebe-Mechanismus 5, umfassend ein Ritzel 5a und eine Zahnstange 5b, linke und rechte lenkbare Vorderräder 7, welche mit entgegengesetzten Enden der Zahnstange 5b über Verbindungsstangen 6 verbunden sind, und einen Elektromotor 8 zum Erzeugen und Zuführen einer elektrischen Lenkunterstützung zu dem Fahrzeuglenksystem.
Als elektrische Komponenten umfaßt die elektrische Servolenkvorrichtung 1, einen Gierratesensor 9, einen Lenkwinkelsensor 10, einen Fahrzeuggeschwindigkeitsensor 11, einen Lenkdrehmomentsensor 12, eine Steuer-/Regeleinheit 13, einen Motortreiber 14 und einen Motorstrom- Detektorbereich 15.
Der Gierratesensor 9 erfaßt eine Gierrate des Fahrzeugs und erzeugt ein Gierratesignal Y, welches ein die erfaßte Gierrate wiedergebendes elektrisches Signal ist. Der Lenkwinkelsensor 10 erfaßt einen Lenkwinkel der Vorderräder 7 und erzeugt ein Lenkwinkelsignal δ, welches ein den erfaßten Lenkwinkel wiedergebendes elektrisches Signal ist; als Alternative kann der Lenkwinkel δ arithmetisch auf Grundlage eines Betätigungswinkels des Lenkrads 2 unter Verwendung eines Übersetzungsverhältnisses in einer Lenkgetriebebox (nicht gezeigt) erzeugt werden. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 11 erfaßt eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und erzeugt ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V, welches ein die erfaßte Fahrzeuggeschwindigkeit wiedergebendes elektrisches Signal ist. Der Lenkdrehmomentsensor 12 erfaßt ein auf das Lenkrad 2 ausgeübtes Lenkdrehmoment und erzeugt ein Lenkdrehmomentsignal T, welches ein das erfaßte Lenkdrehmoment wiedergebendes elektrisches Signal ist.
Das Gierratesignal Y, das Lenkwinkelsignal δ und das Lenkdrehmomentsignal T, welche jeweils eigene Beträge und Richtungen (d. h. Polungen) aufweisen, werden der Steuer-/Regeleinheit 13 für eine nachfolgend noch zu beschreibende Verarbeitung zugeführt. In der folgenden Beschreibung wird angenommen, daß die Richtung oder Polung des Gierratesignals Y, des Lenkwinkelsignals δ und des Lenkdrehmomentsignals T positiv (plus) sind, wenn die erfaßte Gierrate, der erfaßte Lenkwinkel und das erfaßte Lenkdrehmoment in Uhrzeigerrichtung gerichtet sind, und negativ (minus), wenn die erfaßte Gierrate, der erfaßte Lenkwinkel und das erfaßte Lenkdrehmoment in Gegenuhrzeigerrichtung orientiert sind.
Wenn der Fahrzeugfahrer das Lenkrad 2 nach links oder nach rechts dreht, d. h. von der Mittelposition aus nach außen, wird das auf die Lenkwelle 3 ausgeübte manuelle Lenkdrehmoment über den Zahnstangen-Ritzel- Lenkgetriebemechanismus 5 in eine axiale lineare Bewegung der Zahnstange 5b umgewandelt, welche die Richtung der Vorderräder 7 über die Verbindungsstangen 6 verändert. Um den manuellen Lenkaufwand des Fahrers zu unterstützen, wird der Elektromotor 8 nach Maßgabe des Lenkdrehmomentsignals T und der Fahrzeuggeschwindigkeit V angetrieben und eine somit durch den Elektromotor 8 erzeugte Ausgangskraft oder ein Ausgangsdrehmoment wird zweifach über das Kegelrad 4 verstärkt und der Lenkwelle 3 als elektrisches Lenkhilfsdrehmoment zugeführt, um den manuellen Lenkaufwand des Fahrers zu reduzieren.
Die Steuer-/Regeleinheit 13 der Lenkvorrichtung, welche einen Mikroprozessor und einen Speicher umfaßt, erzeugt ein Soll-Motorstrom- Signal IMS (Fig. 2) auf Grundlage des Lenkdrehmoment-Signals T und des Fahrzeuggeschwindigkeits-Signals V, sowie ein Motor-Steuer-/Regel-Signal V0 entsprechend dem Soll-Motorstrom-Signal IMS. Der Motortreiber 14 treibt den elektrischen Hilfsmotor mit einer Motorspannung VM auf Grundlage des Motor-Steuer-/Regel-Signals V0, unter Verwendung der bekannten PWM (Pulse Width Modulation; Pulsbreitenmodulation)-Steuer-/Regeltechnik. Der Motorstrom-Erfassungsbereich 15 erfaßt einen aktuellen Motorstrom IM entsprechend einer Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung des Motors 8 und erzeugt ein Motorstrom-Signal IMF, welches den erfaßten aktuellen Motorstrom IM wiedergibt.
Die Steuer-/Regeleinheit 13 erzeugt das Motorstrom-Signal V0 entsprechend einer Differenz der Werte zwischen dem Soll-Motorstrom-Signal IMS und dem Motorstrom-Signal IMF und steuert/regelt den Motortreiber 14 derart, daß die Differenz zwischen dem Soll-Motorstrom-Signal IMS und dem Motorstrom- Signal IMF schnell null wird. Das Motor-Steuer-/Regel-Signal V0 ist beispielsweise zusammengesetzt aus EIN/AUS- und PWM-Signalen.
Fig. 2 ist ein Funktions-Blockdiagramm der elektrischen Servolenkvorrichtung 1 aus Fig. 1. In Fig. 2 umfaßt die Steuereinheit 13 einen Detektorbereich 24 für einen instabilen Zustand, um ein sehr starkes manuelles Lenken (nachfolgend "instabiler Zustand" genannt) des Fahrers an dem Lenkrad 2 zu erfassen und um ein Modifikations-Signal DH zum Modifizieren oder Einstellen des Werts oder der Größe des Soll-Motorstrom- Signals IMS in Antwort auf die Erfassung eines derartigen instabilen Zustands zu erzeugen, und einen Modifikationsbereich 26. Die Steuer-/Regeleinheit 13 bestimmt einen Wert des Modifikations-Signals DH, d. h. eine Modifikationsgröße, auf Grundlage einer Differenz der Rutschwinkel zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern (Winkeldifferenz-Signal βfr). Insbesondere erfaßt die Steuer-/Regeleinheit 13 einen derartigen instabilen Zustand oder ein sehr starkes Drehen an dem Lenkrad 2 auf Grundlage des Lenkwinkel-Signals δ vom Lenkwinkelsensor 10 und modifiziert das Soll-Motorstrom-Signal IMS in Rückkehrrichtung des Lenkrads 2 nach Maßgabe des Modifikations-Signals DH, welches von dem Detektorbereich 24 für einen instabilen Zustand zugeführt wird.
Der Motortreiber 14 umfaßt eine aus einer Mehrzahl (beispielsweise vier) von Schaltelementen, wie beispielsweise Leistungs-FETs (Feldeffekttransistoren) oder IGBTs (isolierte Tor-Bipolar-Transistoren), bestehende Brückenschaltung und erzeugt die PWM-Motorspannung VM auf Grundlage des Motor-Steuer-/Regel-Signals V0, so daß der Motor 8 derart getrieben wird, daß er in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung in Antwort auf die Motorspannung V0 rotiert.
Der Motorstrom-Detektorbereich 15 wandelt den aktuellen Motorstrom IM mittels eines in Reihe mit dem Elektromotor 8 geschalteten Widerstands, einer Hall-Effektvorrichtung oder dergleichen in eine Spannung um und sendet das Motorstrom-Signal IMF, welches den gegenwärtigen Motorstrom IM wiedergibt, an die Steuer-/Regeleinheit 13 zur Gegenkopplung zu dem Soll-Motorstrom-Signal IMS.
Der Soll-Motorstrom-Setzbereich 21 umfaßt einen Speicher, wie beispielsweise einen ROM, welcher vorgespeicherte Daten beinhaltet, die für eine charakteristische Steuer-/Regelkurve des Soll-Motorstrom-Signals IMS über das Lenkdrehmoment mit Fahrzeuggeschwindigkeiten V als Parameter charakteristisch sind, wie in Fig. 7 gezeigt, wo "VL" einen niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeits-Wert angibt, "VM" einen mittleren Fahrzeuggeschwindigkeits-Wert angibt und "VH" einen hohen Fahrzeuggeschwindigkeits-Wert angibt. Nach Empfang des Lenkdrehmoment-Signals T vom Lenkdrehmomentsensor 12 und des Fahrzeuggeschwindigkeits-Signals V vom Fahrzeuggeschwindigkeitsensor 11, liest der Soll-Motorstrom-Setzbereich 21 einen der vorgespeicherten Werte des Soll-Motorstrom-Signals IMS entsprechend des Werts des empfangenen Lenkdrehmoment-Signals T aus und leitet den ausgelesenen Wert an den Modifikationsbereich 26 als Soll-Motorstrom-Signal IMS.
Wie aus Fig. 7 deutlich wird, wird das Soll-Motorstrom-Signal IMS im Ausführungsbeispiel derart gesetzt, daß es betragsmäßig abnimmt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V wächst, so daß ein großes elektrisches Lenkhilfsdrehmoment bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten gegeben ist während eine stabile Lenkung bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten erreicht wird.
Die Steuer-/Regeleinheit 13 umfaßt auch einen Versatz-Berechnungsbereich 22, welcher eine Differenz oder einen Versatz ΔI zwischen den Werten eines von dem Modifikationsbereich 26 zugeführten modifizierten Soll- Motorstrom-Signals IMH und des Motorstrom-Signals IMF von dem Motorstrom-Detektorbereich 15 (d. h., ΔI = IMH-IMF) berechnet und dann dem Treiber-Steuer-/Regelbereich 23 ein elektrisches Signal zuführt, welches den derart berechneten Versatz ΔI (= IMH-IMF) wiedergibt. Der Treiber-Steuer-/Regelbereich 23, welcher einen PID-Regler und einen Motor- Steuer-/Regel-Signal-Generatorumfaßt, führt PID(Proportional-Integral-und Differential)-Regel-Schritte anhand des von dem Versatz- Berechnungsbereich 22 zugeführten Versatz-Signals ΔI aus und erzeugt das Motor-Steuer-/Regel-Signal V0, welches einer Drehbewegung des Lenkrads 2 durch einen Fahrer im Uhrzeigersinn (nach rechts) oder im Gegenuhrzeigersinn (nach links) entspricht, auf Grundlage einer Zusammensetzung der einzelnen Signale, welche den PID-Regel-Schritten unterzogen wurden. Dann führt der Treiber-Steuer/Regel-Bereich 23 das somit erzeugte Motor-Steuer-/Regel-Signal V0 dem Motortreiber 14 zu.
Auf Grundlage des Fahrzeuggeschwindigkeits-Signals V vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 11, des Lenkwinkel-Signals δ vom Lenkwinkelsensor 10 und des Gierraten-Signals Y vom Gierratesensor 9 berechnet der Detektorbereich 24 für einen instabilen Zustand die Differenz bfr der Rutschwinkel zwischen den Vorder- und Hinterrädern des Fahrzeugs, berechnet auf Grundlage der Rutschwinkel-Differenz βfr, das Modifikations- Signal DH, welches eine Größe angibt, durch welche das Soll-Motorstrom- Signal IMS betragsmäßig oder in der Höhe zu verändern oder einzustellen ist, und führt das so erzeugte Modifikations-Signal DH dem Modifikationsbereich 26 zu.
Insbesondere wird die vorstehend erwähnte Rutschwinkeldifferenz βfr durch einen Rutschwinkeldifferenz-Schätzbereich 31 des Detektorbereichs 24 für einen instabilen Zustand berechnet, wie in Fig. 3 gezeigt. Der Rutschwinkeldifferenz-Schätzbereich 31 berechnet nämlich auf Grundlage des Fahrzeuggeschwindigkeits-Signals V vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 11, des Lenkwinkel-Signals δ vom Lenkwinkelsensor 10, des Gierrate-Signals Y vom Gierratesensor 9 und der größenmäßigen Parameter des Fahrzeugs (wie beispielsweise des Radstands L), welche im Speicher vorgespeichert sind, die Rutschwinkeldifferenz βfr wie folgt:
βfr = (Y.L/V) - δ (1)
Es ist anzumerken, daß die Rutschwinkeldifferenz βfr eine Winkeldifferenz zwischen der Richtung der Reifen und der Richtung des Fahrzeugs wiedergibt, welche auftritt, wenn ein Fahrzeug eine Kurvenfahrt ausführt. Dies bedeutet, daß dann wenn das Lenkrad 2 vom Fahrzeugfahrer in Uhrzeigerrichtung gedreht wird, das Fahrzeug relativ zur Richtung der Vorderräder in Gegenuhrzeigerrichtung orientiert ist, in welchem Fall dann, wenn die Richtung im Uhrzeigersinn als positive (plus) Richtung bestimmt ist, der Rutschwinkel (βf) der Vorderräder in negativer (minus) Richtung wiedergegeben ist. In einem derartigen Fall liegt auch der Rutschwinkel (βr) der Hinterräder in negativer (minus) Richtung, so daß die Richtung (Vorzeichen) des Rutschwinkel-Differenz-Signals βfr als negativer (minus) Wert ausgedrückt wird bis der Absolutwert |βr| des Rutschwinkels der hinteren Räder (βr) gleich oder größer als der Absolutwert |βf| des Rutschwinkels (βf) der vorderen Räder wird.
Der Detektorbereich 24 der Steuer-/Regeleinheit 13 für einen instabilen Zustand umfaßt einen Modifikations-Signal-Generatorbereich 32, dessen Details in Fig. 3 dargestellt sind. Der Modifikations-Signal-Generatorbereich 32, welcher einen Speicher umfaßt, wie beispielsweise einen ROM, weist vorgespeichert eine charakteristische Steuer-/Regelkurve der Soll- Motorstrom-Signal-Modifikationsgröße auf, welche durch das Modifikations- Signal DH über dem Absolutwert |βfr| der Rutschwinkeldifferenz βfr angegeben ist, wie in Fig. 8 gezeigt. Nach Empfangen des Rutschwinkel- Differenz-Signals βfr von dem Rutschwinkeldifferenz-Schätzbereich 31 liest der Modifikations-Signal-Generatorbereich 32 eine der Modifikationsgrößen für den instabilen Zustand aus einer Tabelle aus, welche Modifikationsgröße dem Wert des empfangenen Rutschwinkel-Differenz-Signals βfr entspricht und erzeugt das Modifikations-Signal DH, welches die ausgelesene Modifikationsgröße angibt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel aus Fig. 8 ist eine "Tot"- oder Null-Modifikationsgrößen-Zone für einen Anfangsbereich der Rutschwinkeldifferenz βfr festgelegt, welcher sich bis zu einem Schwellenwert "X" erstreckt, an welchem die Rutschwinkeldifferenz βfr in den Stabilitätsbereich fällt.
In Fig. 2 berechnet der Modifikationsbereich 26 eine Differenz IMH zwischen den Werten des Soll-Motorstrom-Signals IMS aus dem Soll-Motorstrom- Setzbereich 21 und des Modifikations-Signals DH aus dem Detektorbereich 24 für einen instabilen Zustand (IMH = IMS-DH) und führt die berechnete Differenz IMH als modifiziertes Soll-Motorstrom-Signal IMH dem Versatzberechnungsbereich 22 zu.
Wenn die Rutschwinkeldifferenz βfr größer als der Stabilitäts-Schwellenwert X (βfr < X) ist und einen Zustand sehr starker Drehung des Lenkrads 2 anzeigt, wie durch die durchgezogene Linie in Fig. 8 gezeigt, modifiziert der Modifikationsbereich 26 das Soll-Motorstrom-Signal IMS in Rückkehrrichtung des Lenkrads 2 nach Maßgabe des Modifikations-Signals DH, so daß das Soll-Motorstrom-Signal IMS derart modifiziert wird, daß es betragsmäßig selbst während einer nach außen gerichteten Drehbewegung des Lenkrads abfällt; somit kann eine sehr starke Drehbewegung des Lenkrads 2 wirksam unterdrückt werden. Auch wenn einmal der Fahrzeugfahrer das Lenkrad 2 während einer nach außen gerichteten Drehbewegung freigibt, wird das Soll-Motorstrom-Signal IMS auf null gesetzt (IMS = 0) und der Modifikationsbereich 26 unterstützt das Lenkrad 2 in seiner Rückkehrrichtung nach Maßgabe des Modifikations-Signals DH, wodurch die Rückkehrbewegung des Lenkrads 2 zur Mittelposition hin beschleunigt wird.
Da die Steuer-/Regeleinheit 13 aus Fig. 2 den Detektorbereich 24 für einen instabilen Zustand zum Erfassen eines instabilen Zustands oder eines stark verdrehten Zustands des Lenkrads 2 aufweist, um das Modifikations-Signal DH zu erzeugen, und den Modifikationsbereich 26 aufweist zum Modifizieren der Bewegung des Lenkrads 2 in seiner Rückkehrrichtung nach Maßgabe des Modifikations-Signals DH wie vorstehend beschrieben, kann die elektrische Servolenkvorrichtung 1 gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung das Reifen-zum-Lenkrad- Drehmoment in Rückkehrrichtung des Lenkrads 2 nach Maßgabe des Modifikations-Signals DH unterstützen und ermöglicht dadurch, daß das Lenkrad automatisch mit erhöhter Geschwindigkeit zur Mittelposition zurückkehrt. Als Folge kann die elektrische Servolenkvorrichtung 1 mit der Steuer-/Regeleinheit 13 eine Störung der Bewegungsbahn des Fahrzeugs wirksam verhindern, wodurch ein stabilisiertes Fahrzeugverhalten erreicht wird.
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, welches eine Abwandlung (d. h. ein zweites Ausführungsbeispiel) der Steuer-/Regeleinheit der erfindungsgemäßen elektrischen Lenkvorrichtung 1 zeigt. Diese abgewandelte Steuer- /Regeleinheit 35 umfaßt den Versatzberechnungsbereich 22 und den Treiber-Steuer-/Regelbereich 23, wie vorstehend mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben, welche allerdings in Fig. 4 nicht gezeigt sind und hier zur Vermeidung einer überflüssigen Wiederholung nicht noch einmal beschrieben werden.
Die Steuereinheit 35 aus Fig. 4 ist dadurch gekennzeichnet, daß sie auch einen Lenkrad-Bewegungs-Detektorbereich 38 umfaßt, welcher eine Auswärtsdrehbewegung oder eine Rückkehrbewegung des Lenkrads 2 auf Grundlage der Richtung S des Lenkdrehmoment-Signals T erfaßt, welches vom Lenkdrehmomentsensor 12 (Fig. 2) zugeführt wird, und auf Grundlage der Richtung Q des Lenkwinkel-Signals δ erfaßt, welches vom Lenkwinkelsensor 10 (Fig. 2) zugeführt wird. Wenn der Lenkrad- Bewegungs-Detektorbereich 38 die Rückkehrbewegung des Lenkrads 2 aus einem instabilen oder sehr stark verdrehten Zustand erfaßt, modifiziert die Steuer-/Regeleinheit 35 das Soll-Motorstrom-Signal IMS in Rückkehrrichtung des Lenkrads 2 nach Maßgabe des Modifikations-Signals DH von dem Detektorbereich 24 für einen instabilen Zustand.
Der Modifikationsbereich 36 in dieser Steuer-/Regeleinheit 35 umfaßt einen Subtrahierer 27 und einen Schaltbereich 28. Wenn ein hochwertiges (H)- Rückkehrbewegungs-Erfassungs-Signal M0 von dem Lenkrad-Bewegungs- Detektorbereich 38 erfaßt wird, wird der Schaltbereich 28 eingeschaltet (wie in unterbrochener Linie dargestellt), um das Modifikations-Signal DH aus dem Detektorbereich 24 für einen instabilen Zustand zum Subtrahierer 27 hindurchzulassen. Wenn andererseits ein niederwertiges (L)- Rückkehrbewegungs-Erfassungs-Signal M0 von dem Lenkrad-Bewegungs- Erfassungsbereich 38 empfangen wird, wird der Schaltbereich 28 ausgeschaltet (wie in durchgezogener Linie gezeigt), um das Modifikations- Signal DH nicht zum Subtrahierer 27 hindurchzulassen. Der Subtrahierer 27 berechnet eine Differenz oder einen Versatz zwischen den Werten des Soll- Motorstrom-Signals IMS von dem Soll-Motorstrom-Setzbereich 21 und des Modifikations-Signals DH, welches über den Schaltabschnitt 28 von dem Detektorbereich 24 für einen instabilen Zustand zugeführt wurde, um dadurch ein modifiziertes Soll-Motorstrom-Signal IMH auszugeben.
Genauer gesagt bestimmt dann, wenn die Richtungen S und Q des Lenk- Drehmoment-Signals T und des Lenk-Winkel-Signals δ miteinander zusammenfallen (S = Q), der Lenkwinkel-Bewegungs-Detektorbereich 38 der Steuer-/Regeleinheit 35, daß das Lenkrad in Antwort auf eine manuelle Lenkbetätigung durch den Fahrer eine Lenkbewegung von seiner Mittelposition aus nach außen ausführt und führt dem Schaltbereich 28 ein niederwertiges Rückkehrbewegungs-Erfassungs-Signal M0 zu. Wenn andererseits die Richtungen S und Q des Lenkdrehmoment-Signals T und des Lenkwinkel-Signals δ nicht miteinander zusammenfallen (S ≠ Q), bestimmt der Lenkrad-Bewegungs-Detektorbereich 38, daß das Lenkrad 2 eine Rückkehrbewegung zur Mittelposition ausführt und führt dem Schaltbereich 28 ein hochwertiges Rückkehrbewegungs-Erfassungs-Signal M0 zu.
Wenn einmal der Detektorbereich 24 für einen instabilen Zustand einen instabilen oder sehr stark verdrehten Zustand des Lenkrads 2 bestimmt, so daß er das Modifikations-Signal DH ausgibt, und wenn auch der Lenkrad- Bewegungs-Detektorbereich 38 die Rückkehrbewegung des Lenkrads 2 erfaßt, so daß er ein hochwertiges Rückkehrbewegungs-Erfassungs-Signal M0 ausgibt, wird der Schaltbereich 28 eingeschaltet und läßt das Modifikations-Signal DH von dem Detektorbereich 24 für einen instabilen Zustand zum Subtrahierer 27, so daß der Subtrahierer 27 die Modifikationsgröße, welche durch das Modifikations-Signal DH wiedergegeben ist, vom Soll-Motorstrom-Signal IMS abzieht.
Da die Steuer-/Regeleinheit 35 aus Fig. 4 mit dem Lenkrad-Bewegungs- Detektorbereich 38 zum Erfassen einer Auswärtslenkbewegung oder einer Rückkehrbewegung des Lenkrads 2 und mit dem Modifikationsbereich 26 zum Modifizieren des Soll-Motorstrom-Signals IMS in Rückkehrrichtung des Lenkrads 2 nach Maßgabe des Modifikations-Signals DH vom Detektorbereich 24 für einen instabilen Zustand versehen ist, kann die Steuer-/Regeleinheit 35 nach einer Erfassung des stark gedrehten Zustands des Lenkrads 2 das Reifen-zum-Lenkrad-Drehmoment in Rückkehrrichtung des Lenkrads 2 nach Maßgabe des Modifikations-Signals DH unterstützen, und erlaubt dadurch, daß das Lenkrad 2 zur Mittelposition mit größerer Geschwindigkeit zurückkehrt.
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, welches eine weitere Modifikation (drittes Ausführungsbeispiel) der Steuereinheit der erfindungsgemäßen elektrischen Lenkvorrichtung 1 zeigt. Diese modifizierte Steuereinheit 40 ist dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Untersteuerungs-Detektorbereich 43 zum Erfassen eines Untersteuerungszustands des Kraftfahrzeugs auf Grundlage der Richtung N des Gierrate-Signals Y vom Gierratesensor 9 (Fig. 2) und der Richtung P des Rutschwinkel-Differenz-Signals βfr erfaßt. Wenn das Kraftfahrzeug sich in einem Untersteuerungszustand befindet und das Lenkrad 2 eine Rückkehrbewegung aus dem stark verdrehten oder instabilen Zustand ausführt, modifiziert die Steuer-/Regeleinheit 40 das Soll- Motorstrom-Signal IMS in Rückkehrrichtung des Lenkrads 2 nach Maßgabe des Modifikations-Signals DH von dem Detektorbereich 24 für einen instabilen Zustand.
Genauer gesagt erzeugt dann, wenn der Untersteuerungs-Detektorbereich 43 den Untersteuerungszustand des Kraftfahrzeugs auf Grundlage der Richtung N des Gierrate-Signals Y zur Richtung P des Rutschwinkel- Differenz-Signals βfr von dem Detektorbereich 24 für einen instabilen Zustand erfaßt, der Untersteuerungs-Detektorbereich 43 ein Untersteuerungszustand-Erfassungs-Signal U0, welches einem UND- Operationsbereich 42 des Modifikationsbereichs 41 zugeführt wird. Wenn die Richtungen P und N des Rutschwinkel-Differenz-Signals βfr und des Gierrate-Signals Y nicht miteinander übereinstimmen (P ≠ N), erfaßt der Untersteuerungs-Detektorbereich 43, daß das Fahrzeug sich im Untersteuerungszustand befindet und erzeugt ein hochwertiges Untersteuerungszustand-Erfassung-Signal U0.
Der Modifikationsbereich 41 umfaßt einen Subtrahierbereich 57 und einen Schaltbereich 58 zusätzlich zu dem UND-Operations-Bereich 42. Nach Empfangen sowohl eines hochwertigen Rückkehrbewegungs-Erfassungs- Signals M0, welches durch den die Rückkehrbewegung des Lenkrads 2 erfassenden Lenkrad-Bewegungs-Detektorbereich 38 erzeugt wurde, als auch des hochwertigen Untersteuerungszustands-Erfassungs-Signals U0, welches durch den den Untersteuerungszustand des Fahrzeugs erfassenden Untersteuerungs-Detektorbereich 43 erzeugt wurde, gibt der UND- Operations-Bereich 42 ein hochwertiges UND-Signal A0 an den Schaltbereich 28 aus. In Antwort auf das hochwertige UND-Signal A0, wird der Schaltbereich 28 eingeschaltet (wie durch unterbrochene Linie dargestellt), um das Modifikations-Signal DH von dem Detektorbereich 24 für einen instabilen Zustand zum Substrahierer 27 hindurchzulassen. In der Folge berechnet der Subtrahierer 27 eine Differenz oder einen Versatz zwischen den Werten des Soll-Motorstrom-Signals IMS vom Soll-Motorstrom- Setzbereich 21 und des Modifikations-Signals DH, welches über den Schaltbereich 28 von dem Detektorbereich 24 für einen instabilen Zustand zugeführt wird, um dadurch ein modifiziertes Soll-Motorstrom-Signal IMH auszugeben.
Der UND-Operations-Bereich 42 schaltet nämlich den Schaltbereich 28 auf Grundlage des hochwertigen Rückkehrbewegungs-Erfassungs-Signals M0 an, welches von dem die Rückkehrbewegung des Lenkrads 2 erfassenden Lenkrad-Bewegungs-Detektorbereich 38 erzeugt wurde, und auf Grundlage des hochwertigen Untersteuerungszustand-Erfassungs-Signals U0, welches von dem den Untersteuerungszustand des Fahrzeugs erfassenden Untersteuerungs-Detektorbereich 43 erzeugt wurde, so daß der Schaltbereich 28 das Modifikations-Signal DH von dem Detektorbereich 24 für einen instabilen Zustand zum Subtrahierer 27 hindurchläßt und der Subtrahierer 27 in Folge die Modifikationsgröße, welche durch das Modifikations-Signal DH wiedergegeben ist, von dem Soll-Motorstrom-Signal IMS abzieht.
Da die Steuer-/Regeleinheit 40 aus Fig. 5 mit dem Untersteuerungs- Detektorbereich 43 zum Erfassen des Untersteuerungszustands des Kraftfahrzeugs versehen ist und mit dem Modifikationsbereich 41 versehen ist zum Modifizieren des Soll-Motorstroms IMS in Rückkehrrichtung des Lenkrads 2 nach Maßgabe des Modifikations-Signals DH, und zwar auf Grundlage des Untersteuerungszustand-Erfassungs-Signals U0 vom Untersteuerungsdetektorbereich 43 und auf Grundlage des Rückkehrbewegungs-Erfassungs-Signals M0 vom Lenkrad-Bewegungs- Detektorbereich 38, kann die Steuer-/Regeleinheit 40 - nach einer Erfassung der Rückkehrbewegung des Lenkrads 2 und des Untersteuerungszustands des Fahrzeugs - das Reifen-zum-Lenkrad-Drehmoment in Rückkehrrichtung des Lenkrads 2 nach Maßgabe des Modifikations-Signals DH unterstützen und ermöglicht dadurch, daß das Lenkrad mit vergrößerter Geschwindigkeit in seine Mittelposition zurückkehrt.
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, welches eine weitere Abwandlung (viertes Ausführungsbeispiel) der Steuer-/Regeleinheit der erfindungsgemäßen elektrischen Lenkvorrichtung 1 zeigt. Diese abgewandelte Steuer- /Regeleinheit 45 ist dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Reibungs- Modifikationskoeffizient-Generatorbereich 46 umfaßt. Die Steuer- /Regeleinheit 45 modifiziert den Soll-Motorstrom IMS nach Maßgabe eines zusammengesetzten Modifikations-Signals DHO, welches erzeugt wird, indem das vorstehend beschriebene Modifikations-Signal DH von dem Detektorbereich 24 für einen instabilen Zustand und ein von dem Erzeugerbereich 46 erzeugter Reibungs-Modifikationskoeffizient Kα kombiniert werden.
Der Reibungs-Modifikationskoeffizient-Generatorbereich 46, welcher einen arithmetischen Operator und einen Speicher umfaßt, wie beispielsweise einen ROM, berechnet ein Verhältnis der Gierrate Y zum Lenkwinkel δ(Y/δ), unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Gierrate Y relativ zum Lenkwinkel δ abfällt, wenn der Reibungskoeffizient µ der Straßenoberfläche kleiner wird. Im Speicher ist eine charakteristische Steuer-/Regelkurve des Reibungs-Modifikationskoeffizienten Kα über dem Verhältnis der Gierrate Y zum Lenkwinkel δ(Y/δ) gespeichert, wie in Fig. 9 dargestellt, welche Kurve empirisch bestimmt wurde. Nach Empfangen der durch den Gierratesensor 9 (Fig. 2) erfaßten Gierrate Y und des durch den Lenkwinkelsensor 10 (Fig. 2) erfaßten Lenkwinkels δ, liest der Reibungs- Modifikationskoeffizient-Generatorbereich 46 einen der Reibungs- Modifikationskoeffizienten Kα aus, welcher der empfangenen Gierrate Y und dem empfangenen Lenkwinkel δ entspricht und schickt den ausgelesenen Reibungs-Modifikationskoeffizient Kα zu einem Multiplizierer 47. Gemäß der charakteristischen Steuer-/Regelkurve des Reibungs- Modifikationskoeffizienten Kα über dem Verhältnis der Gierrate Y zum Lenkwinkel δ(Y/δ) aus Fig. 9 nimmt dann, wenn der Reibungskoeffizient µ der Straßenoberfläche kleiner wird, das Verhältnis Y/δ derart ab, daß der Reibungs-Modifikationskoeffizient Kα einen Wert annimmt, der größer als "1" ist. Andererseits nimmt dann, wenn der Reibungskoeffizient µ der Straßenoberfläche größer wird, das Verhältnis Y/δ zu, so daß der Reibungs- Modifikationskoeffizient Kα einen Wert von "1" annimmt.
Der vorstehend erwähnte Multiplizierer 47 führt eine Multiplikation zwischen dem Modifikations-Signal DH von dem Detektorbereich 24 für einen instabilen Zustand und dem Reibungs-Modifikationskoeffizienten Kα von dem Reibungs-Modifikationskoeffizient-Generatorbereich 46 (Kα.DH) durch, um ein zusammengesetztes Modifikations-Signal DHO zu erzeugen, welches anstelle des Modifikations-Signals DH dem zugeordneten Modifikationsbereich 26 (in Fig. 6 nicht gezeigt) zuzuführen ist. Durch das Durchführen einer derartigen Multiplikation zwischen dem Modifikations- Signal DH und dem Reibungs-Modifikationskoeffizienten Kα kann das zusammengesetzte Modifikations-Signal DHO einen großen Wert für eine Straßenoberfläche mit geringem Reibungskoeffizienten µ annehmen, so daß das Reifen-zum-Lenkrad-Drehmoment in Rückkehrrichtung unterstützt wird und somit das Lenkrad zu seiner Mittelposition mit vergrößerter Geschwindigkeit zurückgestellt werden kann.
Da die Steuer-/Regeleinheit 45 aus Fig. 6 mit dem Reibungs- Modifikationskoeffizient-Generatorbereich 46 zum Erzeugen des Reibungs- Modifikationskoeffizienten Kα entsprechend dem Straßenoberflächen- Reibungskoeffizienten µ versehen ist und das Soll-Motorstrom-Signal IMS nach Maßgabe des zusammengesetzten Modifikations-Signals DHO modifiziert, welches durch Kombination des Modifikations-Signals DH von dem Detektorbereich 24 für einen instabilen Zustand und des durch den Generatorbereich 46 erzeugten Reibungs-Modifikationskoeffizienten erzeugt wird, kann dieses das Reifen-zum-Lenkrad-Drehmomentin Rückkehrrichtung des Lenkrads unterstützen, indem das zusammengesetzte Modifikations- Signal DHO für eine rutschige Straßenoberfläche mit geringem Reibungskoeffizienten µ vergrößert wird, und ermöglicht dadurch, daß das Lenkrad in seine Mittelposition mit vergrößerter Geschwindigkeit zurückkehrt.
Es ist anzumerken, daß das "zusammengesetzte Modifikations-Signal" DHO auch durch Addieren einer gegebenen Größe entsprechend dem Reibungskoeffizienten µ zum Modifikations-Signal DH erzeugt werden kann, statt durch Multiplizieren des Modifikations-Signals DH mit dem Reibungs- Modifikationskoeffizienten Kα wie in Fig. 6 gezeigt. Ferner kann der Reibungs-Modifikationskoeffizient-Generatorbereich 46 jeweils auch in jedem der anderen Ausführungsbeispiele der Steuer-/Regeleinheit 26, 36 und 41 vorgesehen seien, welche in Fig. 2, 4 und 5 gezeigt sind, so daß das zusammengesetzte Modifikations-Signal DHO dem zugeordneten Modifikationsbereich anstelle des Modifikations-Signals DH zugeführt wird.
Fig. 10 ist ein Graph, welcher eine beispielhafte charakteristische Steuer- /Regelkurve des Reifen-zum-Lenkrad-Drehmoments TH über dem Lenkwinkel δ zeigt, wie sie in der vorliegenden Erfindung Verwendung findet. Gemäß der charakteristischen Steuer-/Regelkurve aus Fig. 10 wird selbst dann, wenn der Lenkwinkel δ den Schwellenwert δK eines stabilen Zustands überschreitet und in einen Bereich eindringt, welcher einen Zustand einer starken Verdrehung des Lenkrads 2 wiedergibt, die Lenkradbewegung in ihrer Rückkehrrichtung nach Maßgabe des Modifikations-Signals DH unterstützt, so daß verhindert wird, daß das Reifen-zum-Lenkrad- Drehmoment TH stark abfällt, selbst wenn der große Lenkwinkel δx über dem Schwellenwert δk des stabilen Zustands liegt. Wenn das Lenkrad bei einem starken Lenkwinkel δx freigegeben wird, kann das Lenkrad 2 durch die Unterstützung des Modifikations-Signals DH in Rückkehrrichtung schnell in seine Mittelposition zurückgestellt werden. Eine derartige Unterstützung kann wirksam eine Störung der Bewegungsspur des Fahrzeugs verhindern, wodurch ein stabilisiertes Fahrzeugverhalten erreicht wird.
Eine elektrische Servolenkvorrichtung umfaßt eine Steuereinheit 13, 35, 40, 45 zum Steuern/Regeln eines Elektromotors 8, um ein elektrisches Lenkhilfsdrehmoment zu einem Lenksystem eines Kraftfahrzeugs zu übertragen. Die Steuer-/Regeleinheit 13, 35, 40, 45 ist mit einem Detektorbereich 24 für einen instabilen Zustand versehen, welcher ein Modifikations-Signal DH erzeugt, wenn er einen instabilen Zustand des Fahrzeugs erfaßt, bei welchem das Lenkrad 2 zu einem übermäßig starken Ausmaß gedreht ist. Ein Soll-Motorstrom-Signal IMS, welches derart wirksam ist, daß es ein elektrisches Lenkhilfsdrehmoment entsprechend dem manuellen Lenkdrehmoment bereitstellt, wird durch die Steuer-/Regeleinheit 13, 35, 40, 45 nach Maßgabe des Modifikations-Signals DH modifiziert, welches Modifikations-Signal DH von dem Detektorbereich 24 für einen instabilen Zustand erzeugt wird. Somit wird das Reifen-zum-Lenkrad- Drehmoment in einer Rückkehrrichtung des Lenkrads 2 derart unterstützt, daß das Lenkrad 2 mit erhöhter Geschwindigkeit in seine Mittelposition zurückkehren kann.

Claims (7)

1. Elektrische Servolenkvorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend einen Lenkdrehmomentsensor (12) zum Erfassen eines an ein Lenksystem des Fahrzeugs angelegten Lenkdrehmoments (T), einen Elektromotor (8) zum Übertragen eines elektrischen Lenkhilfsdrehmoments zum Lenksystem, und eine Steuer-/Regeleinheit (13; 35; 40; 45) für eine Steuerung/Regelung des Elektromotors (8), dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer-/Regeleinheit (13; 35; 40; 45) umfaßt:
  • 1. einen Soll-Motorstrom-Setzbereich (21) zum Erzeugen eines Soll-Motorstrom-Signals (IMS) zumindest auf Grundlage des durch den Lenkdrehmomentsensor (12) erfaßten Lenkdrehmoments (T);
  • 2. einen Detektorbereich (24) für einen instabilen Zustand zum Erfassen eines instabilen Zustands des Fahrzeugs und zum Erzeugen eines Modifikations-Signals (DH) zum Modifizieren des Soll-Motorstrom-Signals (IMS) in Antwort auf eine Erfassung eines instabilen Fahrzeugzustands; und
  • 3. einen Modifikationsbereich (26; 36; 41) zum Modifizieren des Soll-Motorstrom-Signals (IMS) in Rückkehrrichtung eines Lenkrads (2) nach Maßgabe des Modifikations-Signals (DH).
2. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektorbereich (24) für einen instabilen Zustand den instabilen Zustand des Fahrzeugs durch Bestimmen einer Differenz der Rutschwinkel (βfr) zwischen den Vorder- und Hinterrädern des Fahrzeugs erfaßt.
3. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Rutschwinkel (βfr) durch Auswerten der folgenden Gleichung bestimmt wird:
βfr = (Y.L/V) - δ,
wobei βfr die Differenz der Rutschwinkel wiedergibt, V eine Fahrzeuggeschwindigkeit wiedergibt, δ einen Lenkwinkel wiedergibt, Y eine Gierrate wiedergibt und L ein Radstand ist.
4. Elektrische Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer-/Regeleinheit (35) ferner einen Lenkrad-Bewegungs- Detektorbereich (38) zum Erfassen einer Drehbewegung nach außen und einer Rückkehrbewegung des Lenkrads (2) umfaßt, und wobei der Modifikationsbereich (36) das Soll-Motorstrom-Signal (IMS) in Rückkehrrichtung des Lenkrads (2) nach Maßgabe des Modifikations- Signals (DH) auf Grundlage eines Rückkehrbewegungs-Erfassungs- Signals (M0) modifiziert, welches durch den die Rückkehrbewegung des Lenkrads (2) erfassenden Lenkrad-Bewegungs-Detektorbereich (38) erzeugt wird.
5. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer-/Regeleinheit (40) ferner einen Untersteuerungs- Detektorbereich (43) zum Erfassen eines Untersteuerungszustands des Fahrzeugs aufweist und daß der Modifikationsbereich (41) das Soll-Motorstrom-Signal (IMS) nach Maßgabe des Modifikations-Signals (DH) auf Grundlage eines Untersteuerungszustand-Erfassungs-Signals (U0), welches von dem den Untersteuerungszustand des Fahrzeugs erfassenden Untersteuerungs-Detektorbereich (43) erzeugt wird, und auf Grundlage des von dem Lenkrad-Bewegungs-Detektorbereich (38) erzeugten Rückkehrbewegungs-Detektor-Signals (M0) modifiziert.
6. Elektrische Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer-/Regeleinheit (13; 35; 40; 45) ferner einen Reibungs- Modifikationskoeffizienten-Generatorbereich (46) zum Erzeugen eines Reibungs-Modifikationskoeffizienten (Kα) aufweist, welcher einem Reibungskoeffizienten (µ) einer Straßenoberfläche entspricht, und daß der Modifikationsbereich (26; 36; 41) das Soll-Motorstrom-Signal (IMS) nach Maßgabe eines zusammengesetzten Modifikations-Signals (DHO) modifiziert, welches durch Kombinieren des Modifikations- Signals (DH) von dem Detektorbereich (24) für einen instabilen Zustand und des Reibungs-Modifikationskoeffizienten (Kα) erzeugt wird.
7. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungs-Modifikationskoeffizient (Kα) auf Grundlage eines Verhältnisses einer Gierrate (Y) zu einem Lenkwinkel (δ) bestimmt ist.
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