DE3917053A1 - Motorsteuergeraet fuer eine elektrische servolenkeinrichtung eines motorfahrzeugs - Google Patents
Motorsteuergeraet fuer eine elektrische servolenkeinrichtung eines motorfahrzeugsInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Motorsteuergeräte
für elektrische Servolenkeinrichtungen eines Motorfahr
zeugs, wobei durch dieses Gerät eine motorgetriebene
Lenkhilfe (Hilfslenkkraft) der Lenkeinrichtung eines
Fahrzeuges verliehen wird.
Ein Motorsteuergerät für eine elektrische Servolenk
einrichtung dieser Art ist bereits von der vorliegenden
Anmelderin in der japanischen Offenlegungsschrift
61-98 675 vorgeschlagen worden. Das dort vorgeschlagene
Motorsteuergerät weist einen Drehmomentsensor auf,
durch den ein Torsionsmoment oder Drehmoment der Lenk
einrichtung erfaßt wird. Ferner sind ein Fahrzeugge
schwindigkeitssensor zum Erfassen der Fahrzeuggeschwin
digkeit und ein Lenkwinkelsensor zum Erfassen des Lenk
winkels vorgesehen. Ein Befehls- oder Steuersignal, das
vom Drehmomentsensor als Ausgangssignal geliefert wird,
nimmt ab, wenn die gelieferte Fahrzeuggeschwindigkeit
zunimmt. Das Befehlssignal wird einem Rückführungssignal
hinzuaddiert, das ansteigt, wenn der als Ausgangssignal
von dem Lenkwinkelsensor gelieferte Lenkwinkel zunimmt.
Das Additionssignal wird dazu verwendet, die Drehrichtung
und das Hilfsdrehmoment des elektrischen Motors der Servo
lenkeinrichtung zu steuern.
Bei diesem vorgeschlagenen Motorsteuergerät für die
elektrische Servolenkeinrichtung wurde die Lenkunter
stützung während der Geradeausfahrt des Fahrzeugs als
unnötig angesehen (vernachlässigt). So wurde in diesem
System ein toter Bereich oder eine Totzone innerhalb eines
Bereichs mit geringem Drehmoment vorgesehen. Infolgedessen
wurde keine Lenkhilfe geliefert, wenn der Fahrer das Lenk
rad zur Fahrt in eine weiche Kurve lenkte oder wenn der
Fahrer das Lenkrad nach dessen Drehung korrigierte,
wobei die Lenkhilfsfunktion unbefriedigend blieb.
Die vorliegende Erfindung wurde vor dem Hintergrund
der oben erläuterten Probleme entwickelt. Der vorlie
genden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend
von den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1,
ein Motorsteuergerät für eine elektrische Servolenkein
richtung anzugeben, mit dem eine geeignete, ausreichende
Lenkhilfe auch dann vorliegt, während ein Lenkrad zur
Erzielung eines geringen Drehmoments gehalten wird und
während das Lenkrad korrigiert wird.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird eine
elektrische Servolenkeinrichtung zur Steuerung der Dreh
richtung und des Moments eines elektrischen Motors mit
tels einer Antriebssteuereinheit, die ein Steuer- oder
Befehlssignal auf der Grundlage des Ausgangssignals von
einem Drehmomentsensor empfängt, angegeben, welche Ein
richtung umfaßt: eine Lenkkorrekturbefehlseinheit oder
-steuereinheit zum Erzeugen eines Unterstützungs- oder
Hilfskorrektursignals in Übereinstimmung mit den Ausgangs
signalen vom Drehmomentsensor und von einer Lenkgeschwin
digkeitserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Lenkge
schwindigkeit, wobei das Hilfskorrektursignal eine solche
Charakteristik aufweist, daß ein Absolutwert des Hilfs
korrektursignals in Übereinstimmung mit dem erzeugten
Drehmoment innerhalb eines Lenkradhaltebereichs mit einer
geringen Lenkgeschwindigkeit und innerhalb eines Lenk
radkorrekturbereichs bis auf einen vorbestimmten Wert
ansteigt und graduell abnimmt, sowie die Lenkgeschwin
digkeit diesen Lenkkorrekturbereich übersteigt.
Die Lenkkorrekturbefehlseinheit ist so ausgelegt,
daß das Hilfskorrektursignal abfällt, sowie die Fahr
zeuggeschwindigkeit zunimmt, wobei die Fahrzeuggeschwin
digkeit durch ein Ausgangssignal vom Fahrzeuggeschwindig
keitssensor dargestellt wird.
Das Hilfskorrektursignal weist eine solche Charakte
ristik auf, daß der Absolutwert dieses Signals bis auf
einen vorbestimmten Wert zunimmt. Das Hilfskorrektur
signal wird von der Lenkkorrektureinheit ausgegeben,
wenn sich das Lenkrad in einem Haltebereich befindet
und wenn das Lenkrad sich im Korrekturbereich befindet,
so daß Hilfskraft oder ein Hilfsdrehmoment zum Halten
oder Korrigieren des Lenkrades geliefert werden können.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeich
nungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild, das ein Ausführungs
beispiel des erfindungsgemäßen Motorsteuergeräts darstellt;
Fig. 1A eine perspektivische Ansicht, die eine
Servolenkeinrichtung zeigt, auf die die vorliegende
Erfindung anwendbar ist;
Fig. 2 eine graphische Darstellung der Charakte
ristik oder Kennlinie eines Drehmomentsensors, wie er in
der Erfindung verwendet wird;
Fig. 3 eine graphische Darstellung der grundsätz
lichen Charakteristik oder Kennlinie eines Hilfssignals,
wie es in der Erfindung verwendet wird;
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Charakteri
stik eines zusätzlichen konstanten Signals;
Fig. 5 eine graphische Darstellung, die eine Än
derung der Charakteristik des Hilfssignals zeigt;
Fig. 6 eine graphische Darstellung, die die
Charakteristik eines konstanten Multiplikationssignals
zeigt;
Fig. 7 eine graphische Darstellung, die die
Charakteristik eines Rückführungssignals zeigt;
Fig. 8 eine graphische Darstellung, die die
Charakteristik eines Ergänzungshilfssignals zeigt;
Fig. 9 eine graphische Darstellung, die die
Charakteristik eines Schwächungssignals oder Dämpfungs
signals zeigt;
Fig. 10a und 10b graphische Darstellungen, die
jeweils den Verlauf der ausgegebenen Drehmomentwert
signale gegenüber der Lenkgeschwindigkeit und dem
Drehmoment darstellen;
Fig. 11 eine graphische Darstellung, die die
Charakteristik eines Fahrzeuggeschwindigkeitskorrektur
faktors zeigt;
Fig. 12 und 13 graphische Darstellungen, die
die Auflösungsfaktoren der ausgegebenen Drehmomentwerte
darstellen, und
Fig. 14 eine graphische Darstellung, die die
Charakteristik einer Hilfsdrehmomentwertänderung zeigt.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorlie
genden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen näher
erläutert.
Wie aus den Fig. 1 und 1A ersichtlich, ist ein Hilfs
kraftmotor 1 an die Ritzelwelle eines Zahnstangen/Ritzel
mechanismus einer Lenkeinrichtung angeschlossen, um
hierauf Hilfskraft oder ein Hilfsmoment über eine
Geschwindigkeitsreduktionseinrichtung (Reduktions
getriebe) und eine Verbindung (Gelenk) zu übertragen.
Die in Fig. 1A gezeigte Lenkeinrichtung 101 ist
eine Zahnstangen/Ritzellenkeinrichtung und umfaßt ein
Lenkrad 102, eine Lenksäule 103, ein Gelenk 104, einen
Getriebekasten 105, ein nichtdargestelltes Ritzel und
eine Zahnstange 106, wobei diese Teile funktionswirk
sam miteinander verknüpft sind. Eine weitere Zahnstangen/
Ritzeleinrichtung 111 ist für eine elektrische Servo
lenkung vorgesehen. Ein Ritzel dieser Einrichtung 111
ist mit der Zahnstange 106 in Eingriff. Dieses Ritzel
ist funktionswirksam mit einer Ausgangswelle 109 einer
Reduktionsgetriebeeinrichtung 108 verbunden, die am
Motor 1 befestigt ist. Ein Sensor zur Erfassung eines
Verdrehmoments oder Torsionsmoments 31 ist am Getriebe
kasten 105 befestigt und mißt das Verdrehmoment oder
kurz Drehmoment der Lenksäule 103. Ferner ist ein Lenk
winkelsensor 41 anliegend an der Zahnstange 106 vorge
sehen und dient dazu, die Axialbewegung der Zahnstange
106 entsprechend einem Lenkwinkel der Räder eines Fahr
zeugs (nicht gezeigt) zu messen. Die Ausgangssignale der
Sensoren 31 und 41 werden einer Steuereinheit 2 zugeführt.
Die Rotations- oder Drehrichtung und das Moment des
elektrischen Motors 1 werden durch die Steuereinheit 2
in Übereinstimmung mit einem ihr zugeführten Steuer- oder
Befehlssignal ausgeführt. Dieses Signal wird weiter unten
näher erläutert. Die Steuereinheit 2 umfaßt einen Plus/
Minus-Diskriminator 21, einen Absolutwertumsetzer 22,
eine Auslastungs- oder Einschaltdauersteuereinheit 23,
einen Ankerstromdetektor 24 und einen Elektromotoran
trieb 25. Das Steuersignal wird dem Plus/Minus-Diskrimina
tor 21 und dem Absolutwertumsetzer 22 zugeführt. Ein
Diskriminatorsignal vom Plus/Minus-Diskriminator 21 wird
dem Elektromotorantrieb 25 zugeführt, so daß die Rich
tung des Motorstroms entsprechend dem Steuersignal ge
ändert wird. Das Ausgangssignal vom Absolutwertumsetzer
22 wird ferner der Auslastungssteuereinheit 23 zugeführt,
um das Auslastungsverhältnis, d.h. die relative Einschalt
dauer, festzulegen, die dem Elektromotorantrieb 25 zu
geführt wird, um ein Drehmoment in Übereinstimmung mit
der Amplitude des Steuersignals einzustellen. Das Dreh
moment des elektrischen Motors 1 wird so gesteuert, daß
es einen konstanten vorbestimmten Wert aufweist, wobei
hierzu der Ankerstromdetektor 24 den Ankerstrom des
Elektromotors 1 erfaßt und den erfaßten Wert zur Aus
lastungssteuereinheit 23 zurückführt, die entsprechend
das Auslastungsverhältnis (duty ratio), d.h. das Betriebs
stromverhältnis für den Motorantrieb regelt.
Das der Antriebssteuereinheit 2 zugeführte Steuer
signal wird von einer Hilfssteuer- oder Hilfsbefehls
einheit 3, einer Rückführsteuereinheit 4, einer Phasen
kompensationssteuereinheit 5, einer Lenkwinkelphasenkom
pensationssteuereinheit 6 und einer Lenkkorrektursteuer
einheit 7 erzeugt.
Die Hilfssteuereinheit 3 erzeugt ein Hilfssignal ent
sprechend der Größe und Richtung des Drehmoments oder
Torsionsmoments von der Lenkeinrichtung. Die Hilfssteuer
einheit 3 umfaßt den Drehmomentsensor 31 und einen Ab
schnitt 32 zum Bestimmen oder Benennen der Hilfsmoment
wertfunktion. Der Drehmomentsensor 31 ist beispielsweise
auf dem Getriebekasten 105 der Lenkeinrichtung angebracht
und dient dazu, die Größe und Richtung des Drehmoments zu
erfassen. Der Abschnitt 32 zum Bestimmen der Hilfsmoment
wertfunktion gibt das Hilfssignal auf der Grundlage eines
Ausgangsspannungssignals (Fig. 2) vom Drehmomentsensor 31
aus. Dabei weist das Hilfssignal die grundsätzliche Cha
rakteristik auf, die in Fig. 3 durch die durchgezogene
Linie dargestellt ist. Dabei wird das Hilfssignal nicht
ausgegeben, wenn die Größe des Drehmoments kleiner oder
gleich einem vorbestimmten Wert ist, wird jedoch ausge
geben, wenn dieser vorbestimmte Wert überschritten wird,
während seine Amplitude in Übereinstimmung mit der Pola
rität und Größe des Drehmoments ansteigt oder abfällt.
Ferner ist die Hilfssteuereinheit 3 mit einem Fahr
zeuggeschwindigkeitssensor 33 zum Erfassen der Geschwin
digkeit des Fahrzeugs, einem Abschnitt 34 für eine zu
sätzliche konstante Funktion und einem Abschnitt 35 für
eine Additions-Funktion versehen. Der Abschnitt für
eine zusätzliche konstante Funktion 34 erzeugt ein
weiteres konstantes Signal Sv in Übereinstimmung mit
dem Ausgangsspannungssignal vom Fahrzeuggeschwindigkeits
sensor 33, wobei dieses zusätzliche konstante Signal Sv
(Fig. 4) einen solchen Verlauf aufweist, daß seine Ampli
tude mit ansteigender Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt.
Der Abschnitt 35 für eine Additions-Funktion empfängt
das zusätzliche konstante Signal Sv und das Ausgangssignal
vom Drehmomentsensor 31 und gibt die Summe dieser beiden
Signale zum Abschnitt 32 zum Bestimmen der Hilfsmoment
wertfunktion aus. Der Abschnitt 35 für eine Additions-
Funktion führt den Vorgang einer Addition/Subtraktion
des zusätzlichen konstanten Signals Sv zum bzw. vom
Ausgangssignal des Drehmomentsensors 31 in Übereinstim
mung mit der Polarität des Ausgangssignals durch. In der
im graphischen Verlauf aus Fig. 3 ersichtlichen Charak
teristik wird das Hilfssignal so gesteuert, daß es sich
in X-Achsenrichtung mit Änderung der Fahrzeuggeschwindig
keit ändert. Ein Ausgangssignal des Abschnitts 32 zum
Bestimmen der Hilfsmomentwertfunktion, wie es in Fig. 5
durch die durchgezogene Linie angezeigt ist und hierbei
beispielhalber eine Rechtskurve wiedergibt, nimmt bezüg
lich seines Absolutwerts mit anwachsender Fahrzeugge
schwindigkeit unter der Bedingung desselben Drehmoment
werts ab und nimmt im Hinblick auf seinen Absolutwert zu,
sowie der Absolutwert des Drehmoments unter der Bedingung
derselben Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt. Um die Ausgangs
charakteristik auf die durch die gestrichelte Linie in
Fig. 5 angezeigte in Übereinstimmung mit der Fahrzeug
geschwindigkeit zu ändern, sind ein Abschnitt 36 für
eine konstante Multiplikationsfunktion und ein Abschnitt
37 für einen Multiplikationsvorgang vorgesehen. Der
Abschnitt 36 für eine konstante Multiplikationsfunktion
gibt ein konstantes Multiplikationssignal, das den in
Fig. 6 gezeigten Verlauf aufweist, in Übereinstimmung
mit dem Ausgangsspannungssignal vom Fahrzeugsensor 33
aus. Das konstante Multiplikationssignal nimmt den
Wert 1 an, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit 0 ist und
einen Wert, der auf 0 hin abnimmt, sowie die Fahrzeug
geschwindigkeit ansteigt. Der Abschnitt 37 für einen
Multiplikationsvorgang führt den Vorgang der Multiplika
tion des Ausgangssignals vom Abschnitt 32 zum Bestimmen
der Hilfsmomentwertfunktion mit dem konstanten Multi
plikationssignal aus. Das Hilfssignal it vom Abschnitt
37 für den Multiplikationsvorgang weist einen Wert auf,
der sich gemäß der gestrichelten Linie in Fig. 5 ent
sprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit ändert.
Die Rückführungssteuereinheit 4 erzeugt ein Rückfüh
rungssignal, um den Lenkwinkel in die neutrale (geradeaus
gerichtete) Stellung in Übereinstimmung mit dem Winkel
der Lenkeinrichtung zurückzuführen. Die Rückführungs
steuereinheit 4 ist mit dem Lenkwinkelsensor 41 zum Er
fassen des Lenkwinkels auf der Grundlage der Bewegung
z.B. der Zahnstange des Zahnstangen/Ritzel-Mechanismus
der Lenkeinrichtung und einem Abschnitt 42 für eine
Rückführungsmomentbestimmungsfunktion versehen, die
ein Rückführungssignal i R, das den in Fig. 7 gezeigten
Funktionsverlauf aufweist, in Übereinstimmung mit dem
Ausgangsspannungssignal des Lenkwinkels vom Lenkwinkel
sensor 41 ausgibt.
Die Phasenkompensationssteuereinheit 5 weist
einen Phasenkompensationsabschnitt 51 und einen
Phasenkompensationswertbestimmungsabschnitt 52 auf.
Der Phasenkompensationsabschnitt 51 empfängt das
Ausgangssignal vom Drehmomentsensor 31 und gibt ein
Signal proportional zu einem differenzierten Wert
dieses Eingangssignals aus. Der Phasenkompensations
wertbestimmungsabschnitt 52 gibt ein Ergänzungshilfs
signal ia, das den in Fig. 8 gezeigten graphischen
Verlauf aufweist, entsprechend dem Ausgangssignal vom
Phasenkompensationsabschnitt 51 aus. In diesem Ausfüh
rungsbeispiel wird ein Ausgangssignal vom Phasenkom
pensationsabschnitt 51 zum Ausgangssignal vom
Drehmomentsensor 31 hinzuaddiert, um das Eingangssignal
des Abschnitts 32 zum Bestimmen des Hilfsmomentwerts
zu ändern.
Die Lenkwinkelphasenkompensationssteuereinheit 6
erzeugt ein Schwächungs- oder Dämpfungssignal in
eine der Lenkrichtung entgegengesetzten Richtung in
Übereinstimmung mit der Lenkfunktionsgeschwindigkeit.
Die Lenkwinkelphasenkompensationssteuereinheit 6 weist
einen Lenkwinkelphasenkompensationsabschnitt 61 und
einen Abschnitt 62 für eine Lenkwinkelphasenkompensa
tionswert-Bestimmungsfunktion auf. Der Lenkwinkelphasen
kompensationsabschnitt 61 empfängt das Ausgangssignal
vom Lenkwinkelsensor 41 und erzeugt ein Signal propor
tional zum differenzierten Wert des eingegebenen Si
gnals. Der Abschnitt 62 für die Lenkwinkelphasenkom
pensationswert-Bestimmungsfunktion gibt ein Dämpfungs
signal i, das den in Fig. 9 gezeigten Funktionsverlauf
aufweist, in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal
vom Lenkwinkelphasenkompensationsabschnitt 61 aus.
Die Lenkkorrektursteuereinheit 7 erzeugt ein Hilfs
korrektursignal, das dazu verwendet wird, das Lenkrad
bei einer geringen Lenkgeschwindigkeit und einer Lenk
radkorrektursituation nach Drehung des Lenkrades zu
unterstützen. Die Lenkkorrektursteuereinheit 7 weist
einen Lenkgeschwindigkeitskorrekturfunktionsabschnitt 71,
einen Drehmomentkorrekturfunktionsabschnitt 72, einen
Vergleichfunktionsabschnitt 73, einen Fahrzeugkorrektur
faktorbestimmungsabschnitt 74, einen Multiplikations
vorgangsabschnitt 75 und einen Primärverzögerungsein
stellabschnitt (oder Mittelungsabschnitt) 76 auf.
Der Lenkgeschwindigkeitskorrekturfunktionsabschnitt 71
empfängt das Ausgangsspannungssignal vom Lenkwinkel
phasenkompensationsabschnitt 71. Der Drehmomentkorrektur
funktionsabschnitt 72 empfängt das Ausgangsspannungs
signal vom Drehmomentsensor 31. Der Vergleichsfunktions
abschnitt 73 empfängt die Ausgangsspannungssignale von
den Korrekturfunktionsabschnitten 71 und 72. Der Fahr
zeuggeschwindigkeitskorrekturfaktorbestimmungsabschnitt
74 empfängt das Ausgangssignal vom Fahrzeuggeschwindig
keitssensor 33. Der Multiplikationsvorgangsabschnitt 75
empfängt Signale vom Fahrzeuggeschwindigkeitskorrektur
faktorbestimmungsabschnitt 74 und vom Vergleichsfunk
tionsabschnitt 73. Der Primärverzögerungseinstellab
schnitt 76 empfängt ein Signal vom Multiplikationsvor
gangsabschnitt 75. Der Primärverzögerungseinstellab
schnitt 76 ist vor oder nach dem Vergleichsfunktions
abschnitt 73 oder dem Drehmomentkorrekturfunktions
abschnitt 72 vorgesehen.
Der Lenkgeschwindigkeitskorrekturfunktionsabschnitt
71 gibt ein Signal aus, das einen Ausgangsmomentwert
aufweist, dessen Absolutwert sich wie in der graphischen
Darstellung aus Fig. 10a mit der Lenkgeschwindigkeit
ändert. Der Ausgangsmomentwert nimmt einen vorbestimmten
konstanten Wert innerhalb eines Lenkwinkelhaltebereichs
an, der eine geringe Lenkgeschwindigkeit aufweist, und
innerhalb eines Lenkwinkelkorrekturbereichs und nimmt
graduell ab, wenn die Lenkgeschwindigkeit den Lenkwinkel
korrekturbereich übersteigt. Der Drehmomentkorrektur
funktionsabschnitt 72 gibt ein Signal aus, dessen Cha
rakteristik in Fig. 10b in Abhängigkeit vom Drehmoment
dargestellt ist. Dabei gibt der Abschnitt 72 kein Signal
aus, wenn das Drehmoment des Lenkrades gleich oder klei
ner als das von einigen Naston (einigen hundert gf) ist und
nimmt schnell bezüglich seines Ausgangswerts zu, wenn
das Drehmoment einen solchen Grenzwert übersteigt, bis
der Ausgangswert dann einen konstanten Wert annimmt.
Der Vergleichsfunktionsabschnitt 73 vergleicht die Lenk
geschwindigkeit mit dem Drehmoment und gibt den Wert
aus, der einen geringeren Absolutwert als ein Hilfs
korrektursignal it′ aufweist.
Der Fahrzeuggeschwindigkeitskorrekturfaktorbestim
mungsabschnitt 74 gibt ein Signal aus, das einen Fahr
zeuggeschwindigkeitskorrekturfaktor darstellt, der eine
in Fig. 11 dargestellte Charakteristik aufweist. Dieses
Signal nimmt den Wert 1 innerhalb des Bereichs vom
Nullwert der Fahrzeuggeschwindigkeit oder bei sehr ge
ringer Geschwindigkeit (z.B. einigen km/h) bis zu un
gefähr 60 km/h an und nimmt allmählich bis auf 0 ab,
wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit diese Grenze überschrei
tet. Der Multiplikationsvorgangsabschnitt 75 multipli
ziert das Ausgangssignal vom Vergleichsfunktionsabschnitt
73 mit dem Fahrzeuggeschwindigkeitskorrekturfaktor.
Das Hilfskorrektursignal it′ von der Multiplikations
vorgangseinheit 75 nimmt während einer Hochgeschwin
digkeitsfahrt mit wachsender Fahrzeuggeschwindigkeit
ab.
Der Primärverzögerungseinstellabschnitt 76 wird
jeweils für eine geringe Auflösung, eine kurze Abtast
zeit und ein pulsierendes Eingangssignal des Lenkwinkel
sensors 41 verwendet. Der Abschnitt 76 wird nicht benö
tigt, wenn eine hohe Auflösung sichergestellt ist. Ist
beispielsweise die Auflösung des Lenkwinkels R vom Lenk
winkelsensor 41 gering, so wird die Auflösung der Lenk
geschwindigkeit , die Δ R/Δt entspricht, gering, so
daß die Auflösung des Ausgangsmomentwerts ebenfalls
gering wird, wie in Fig. 12 dargestellt ist, wobei
der weiche Übergang bei einer Änderung der Hilfskraft
verlorengeht. In einem solchen Fall ist, wenn die
Abtastzeit Δt einer Lenkwinkeländerung Δ R groß ist,
beispielsweise von 0,1 s bis zu 1 s, eine berechnete
Auflösung der Lenkgeschwindigkeit hoch. Jedoch
wird der Betrag der Ausgangsmomentwertänderung groß,
wie in Fig. 13 dargestellt ist, wodurch die weiche
Einstellung der Hilfskraft verlorengeht. Infolgedessen
wirkt der Primärverzögerungseinstellabschnitt 76 so,
daß die Primärverzögerungszeit wie in Fig. 13 darge
stellt in Übereinstimmung mit den folgenden Beziehun
gen konstant festgesetzt wird, wodurch die Hilfskraft
weich und ohne abrupte Änderungen verändert wird.
(T/τ) < (Δ T/Δ t) τ < (T/ Δ T) Δ t.
Im Ausführungsbeispiel ist auch ein Fahrzeug
geschwindigkeitsdiskriminator 8 vorgesehen, um die
Ausgabe der Summe des Rückführungssignals i R von
der Rückführungssteuereinheit 4 und des Dämpfungs
signals i von der Lenkwinkelphasenkompensations
steuereinheit 6 einzuschränken. Der Fahrzeuggeschwin
digkeitsdiskriminator 8 empfängt die Summe des Rück
führungssignals i R und Dämpfungssignals i und gibt
die Summe dann aus, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
höher oder gleich z.B. 5 km/h ist, wobei die Einheit
Bezug auf das Ausgangssignal des Fahrzeugsensors 33
nimmt, und beschränkt die Ausgabe der Summe, wenn die
Fahrzeuggeschwindigkeit geringer als 5 km/h ist.
Unter solcher Einschränkung oder Beschränkung durch
den Fahrzeuggeschwindigkeitsdiskriminator 8 wird der
Antriebssteuereinheit 2 als Steuer- oder Befehlssignal
die Summe des Hilfssignals it von der Hilfssteuerein
heit 3, eines Ergänzungshilfssignals ia von der Pha
senkompensationssteuereinheit 5, des Rückführungs
signals i R von der Rückführungssteuereinheit 7, des
Dämpfungssignals i von der Lenkphasenkompensations
steuereinheit 6 und des Hilfskorrektursignals it′ von
der Lenkkorrektursteuereinheit 7 ausgegeben. Ein
weiteres Additionssignal des Hilfssignals it
und des Hilfskorrektursignals it′ weist denselben Code
(positiv/negativ) wie den des Hilfssignals it und die
Größe | it |+it auf.
Im Betrieb des oben erläuterten Motorsteuergeräts
erfaßt der Drehmomentsensor 31 das Moment und liefert
ein entsprechendes Signal bei Erzeugung eines Drehmo
ments am Lenksystem infolge einer Lenkausübung. In
diesem Fall wird das zu gewinnende Hilfssignal it,
das auf dem Drehmoment beruht, in Übereinstimmung mit
einer Information vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 33
und dem Lenkwinkelsensor 41 eingestellt. Das Hilfs
signal it wird einer Plus/Minus-Diskrimination und
der Auslastungsverhältnissteuerung auf der Grundlage
des Absolutwerts unterzogen, um hierdurch die Rotations
richtung und das Moment des Elektromotors 1 zu steuern.
Die Beziehung zwischen dem Drehmoment und dem Hilfs
signal it entspricht grundsätzlich der in der graphi
schen Darstellung aus Fig. 3 gezeigten Verlaufsform.
Beispielsweise wird ein positives Hilfssignal für eine
Rechtskurve ausgegeben, wobei die Amplitude dieses Si
gnals mit wachsendem Drehmoment ansteigt. Infolgedessen
dreht sich der Elektromotor 1 in die Richtung der Unter
stützung der Rechtskurve mit einem dem Drehmoment ent
sprechenden Ausgangsmoment, woraus eine Verminderung
der Lenkkraft zum Drehen nach rechts resultiert. Bei
einer Linkskurve wird dem Elektromotor ein negatives
Hilfssignal in der Richtung der Unterstützung der Links
kurve in ähnlicher Weise wie im Fall der Rechtskurve
zugeführt.
Die Funktionscharakteristik zwischen dem Dreh
moment oder Torsionsmoment und dem Hilfssignal
ändert sich in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal
vom Fahrzeugsensor 33. Aus dem Funktionsverlauf in
Fig. 5, der die Charakteristik des Hilfssignals in
Abhängigkeit von einem Rechtskurvendrehmoment zeigt,
geht hervor, daß, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
von 0, angezeigt durch das M 0 Hilfssignal, auf V 1
und V 2, angezeigt durch M 1 und M 2 Hilfssignale,
ansteigt, die Hilfssignale M 1 und M 2 mit dem zusätz
lichen konstanten Signal Sv vom Abschnitt 34 für die
konstante zusätzliche Funktion parallel bezüglich
M0 0 X-Achsenrichtung in Fig. 5 verschoben werden.
Dabei werden die Hilfssignale M 1 und M 2 zu Hilfssi
gnalen m 1 und m 2 mit einer geringeren Steigung mit
Hilfe des konstanten Multiplikationssignals geändert.
Infolgedessen nimmt die Amplitude des Hilfssignals mit
wachsender Fahrzeuggeschwindigkeit unter der Bedingung
desselben Drehmoments ab. Dies bedeutet, daß das
Ausgangsmoment des Elektromotors 1 mit ansteigender
Fahrzeuggeschwindigkeit unter der Bedingung desselben
Drehmoments abnimmt. Während auf diese Weise eine aus
reichende Kraftunterstützung bei Fahrzeugfahrt mit
niedriger Geschwindigkeit aufrechterhalten wird, so
wird aus diesem Grund die Lenkkraft bei hoher Fahrzeug
geschwindigkeit nicht exzessiv hoch, wodurch die
durch eine sehr leichte Betätigung des Lenkrades be
dingte Unruhe eliminiert wird.
In der Zwischenzeit erfaßt der Lenkwinkelsensor 41
den Lenkwinkel infolge des Lenkvorgangs. In Überein
stimmung mit dem erfaßten Lenkwinkel wird das Rückfüh
rungssignal i R ausgegeben, das den in Fig. 7 gezeigten
Verlauf aufweist. Dabei wird dieses Rückführungssi
gnal i R nicht nahe der neutralen Stellung des Lenk
winkels 0 ausgegeben, nimmt innerhalb der bei rechten
und linken Lenkwinkeln angegebenen Bereiche plus/minus
R 0 proportional zu und nimmt außerhalb der angegebenen
Bereiche bei plus/minus R₀ einen konstanten Wert an,
wobei das Rückführungssignal einen negativen Wert
(Linksdrehrichtung) innerhalb des Bereichs der Rechts
drehung und einen positiven Wert (Rechtsdrehungsrich
tung) innerhalb des Bereichs der Linksdrehung annimmt.
Der Lenkphasenkompensationsabschnitt 61 erfaßt
eine rapide Änderung des Lenkwinkels R, der durch eine
schnelle Lenkung bei einem geringen Kurvenradius her
vorgerufen wird. In Übereinstimmung mit dem erfaßten
Signal wird ein Dämpfungssignal i von dem Abschnitt
62 für die Lenkwinkelphasenwertbestimmungsfunktion
ausgegeben, wobei der Verlauf dieses Dämpfungssignals
in Fig. 9 gezeigt ist.
Bei höheren Geschwindigkeiten als oder gleich der
Geschwindigkeit 5 km/h werden das Rückführungssignal i R
und das Dämpfungssignal i addiert, um auf diese Weise
das Hilfssignal it unter der Wirkung des Fahrzeugge
schwindigkeitsdiskriminators 8 herabzusetzen, wodurch
eine Unruhe aufgrund einer zu leichten Handhabung wäh
rend des rapiden Lenkvorgangs eliminiert wird.
Während die Lenkung beispielsweise auf einem Rechts
drehungslenkwinkel R 1 gehalten wird, so wird das
positive Hilfssignal it, das auf der Grundlage des
Ausgangssignals vom Drehmomentsensor 31 gewonnen wird,
zum negativen Rückführungssignal i R 1 hinzuaddiert,
das auf der Grundlage des Ausgangssignals vom Lenkwinkel
sensor 41 gewonnen wird, um auf diese Weise den Elektro
motor 1 in Übereinstimmung mit dem Additionssignal zu
steuern. In Fig. 3 ist das Hilfssignal it durch eine
durchgezogene Linie angezeigt, während das Additions
signal durch die gestrichelte Linie angezeigt ist. Wird
folglich das Lenkrad beim Rechtsdrehungslenkwinkel R 1
losgelassen, so nimmt infolgedessen das Drehmoment T
beträchtlich ab, so daß das Additionssignal augenblick
lich den negativen Wert (Linksdrehungsrichtung) der
gestrichelten Linie in Fig. 3 folgend annimmt. Infolge
dessen wird ein Moment in Linksdrehrichtung auf den
Elektromotor 1 erzeugt, so daß Reibungskräfte am Reduk
tionsmechanismus und das Trägheitsmoment des Motors 1
überwunden und beseitigt werden, um (bei Fahrt mit
5 km/h oder mehr) die Geradeausrichtung der Lenkein
richtung 101 weich und ohne abrupte Änderungen wieder
herzustellen, woraus eine gute Wiederherstellung und
Rückführung des Lenkrades 102 resultiert. Die Amplitude
des Rückführungssignals i R nimmt auf 0 ab, sowie der
Lenkwinkel R abnimmt, so daß, wenn der Lenkwinkel R
in die neutrale Stellung zurückkehrt, das Moment des
Elektromotors 1 verschwindet.
Wird das Lenkrad 102 nach einer rapiden Drehung
(Drehung mit hohem g-Wert) in die neutrale Stellung
zurückgedreht, so kam das Lenkrad 102 manchmal in
folge des Trägheitsmoments vom Elektromotor 1 über
die neutrale Stellung hinausgehen. Jedoch verhindert
das Dämpfungssignal i, das von der Lenkwinkelphasen
kompensationssteuereinheit 6 ausgegeben wird, eine
exzessive Rückführung des Lenkrades 102, weil das
Dämpfungssignal i so wirkt, daß es ein Ausgangsmoment
erzeugt, das der Drehrichtung des Lenkrades 102 ent
gegengesetzt ist, wodurch die Funktion nach dem Los
lassen des Lenkrades 102 beispielsweise während der
Hochgeschwindigkeitsfahrt verbessert ist.
Im folgenden wird der Lenkvorgang während des An
haltens vom Fahrzeug, d.h. ein Stopplenkvorgang er
läutert. Da in diesem Fall der Untergrund- oder Straßen
widerstand hoch ist, wird das Drehmoment während des
Lenkvorgangs sehr hoch, so daß das Ausgangsspannungs
signal vom Drehmomentsensor 31 ebenfalls entsprechend
groß wird. Dieses Anwachsen des Drehmoments T wird von
dem Phasenkompensationsabschnitt 51 der Phasenkompen
sationssteuereinheit 5 erfaßt, so daß ein Ausgangssi
gnal, das einem derartigen Ansteigen des Drehmoments T
entspricht, zum Ausgangssignal vom Drehmomentsensor 31
hinzuaddiert wird. Auch wenn also in einem Zustand, bei
dem das Drehmoment T gering ist und das entsprechende
Hilfssignal it noch nicht erzeugt wird, ein solches
Anwachsen des Drehmoments T groß ist, so wird das Hilfs
signal it augenblicklich ausgegeben, so daß der Elektro
motor 1 ohne irgendeine Ansprechverzögerung auf den
Stopplenkvorgang wirkt, wobei darüber hinaus verhindert
wird, daß selbsterregte Vibrationen entstehen. Während
des Stopplenkvorgangs bei Fahrzeuggeschwindigkeiten
gleich oder geringer als 5 km/h werden die Ausgangssi
gnale vom Rückführungssignal i R von der Rückführungs
steuereinheit 4 und vom Dämpfungssignal i von der
Lenkwinkelphasenkompensationssteuereinheit 6 durch den
Fahrzeuggeschwindigkeitsdiskriminator 8 eingeschränkt,
der die Ausgabe der Summe dieser Signale auf Werte ober
halb eines vorgegebenen Geschwindigkeitsbereichs be
schränkt. Infolgedessen tritt keine Energievergeudung
auf, so daß eine weiche Lenkung realisierbar ist.
Bei Lieferung des Ausgangssignals vom Phasenkompen
sationsabschnitt 51 wird das Ergänzungshilfssignal ia
mit der in Fig. 8 gezeigten Charakteristik augenblicklich
vom Phasenkompensationswertbestimmungsfunktionsab
schnitt 52 ausgegeben und zwar jeweils entsprechend der
Richtung der Änderung des Drehmoments T. Das Ergänzungs
hilfssignal ia nimmt entsprechend proportional innerhalb
des vorgegebenen Wertbereichs der Änderung des Drehmo
ments T ab oder zu und nimmt oberhalb dieses vorgegebenen
Wertebereichs einen konstanten Wert an. So wird infolge
dessen während aufeinanderfolgender Lenkbetätigungen mit
Links- und Rechtsdrehungen das Ergänzungshilfssignal ia
augenblicklich ausgegeben, um Trägheitsmomente am Start
und Stopp des Elektromotors 1 zu absorbieren.
Im folgenden wird der Fall einer niedrigen Lenkge
schwindigkeit während einem Zustand, in dem das Lenkrad
gehalten wird, bei dem ein Fahrzeug eine große Kurve
durchfährt, und während des Lenkradkorrekturzustands be
schrieben, nachdem das Lenkrad gedreht worden ist. In
diesem Fall liegen Ausgangssignale vom Lenkwinkelphasen
kompensationsabschnitt 61 und Drehmomentsensor 31 vor,
so daß der Lenkgeschwindigkeitkorrekturfunktionsab
schnitt 71 und der Drehmomentkorrekturfunktionsab
schnitt 72 Ausgangsmomentwerte erzeugen. Ein Momentwert
mit einem geringeren Absolutwert wird als das Hilfskor
rektursignal it′ vom Vergleichsfunktionsabschnitt 73
ausgegeben. Ist die Fahrzeuggeschwindigkeit gleich oder
geringer als 60 km/h, so ist in diesem Fall der Fahr
zeuggeschwindigkeitskorrekturfaktor 1, so daß der
Multiplikationsvorgangsabschnitt 75 das Hilfskorrektur
signal it′ ausgibt, das als Steuer- oder Befehlssignal
verwendet wird, um die Lenkkraft zum Halten oder Korri
gieren des Lenkrades zu unterstützen. Übersteigt alter
nativ die Fahrzeuggeschwindigkeit 60 km/h und nimmt
weiterhin zu, so wird ein Fahrzeuggeschwindigkeitskor
rekturfaktor entsprechend klein, so daß das Hilfskorrek
tursignal it′ zum Multiplikationsvorgangsabschnitt 75
allmählich abnimmt. Infolgedessen wird die Lenkkraft
während der Hochgeschwindigkeitsfahrt nicht exzessiv,
wodurch die Stabilität des Lenkvorgangs erhalten bleibt.
Ist das Drehmoment T gleich oder kleiner als der vor
bestimmte Wart während der Fahrt unter der Lenkradhalte-
oder Korrekturbedingung, so wird das Hilfskorrektursi
gnal it′ nicht ausgegeben, jedoch wird das Signal aus
gegeben, wobei sein Wert allmählich erhöht wird, nachdem
das Drehmoment T den vorbestimmten Wert überschritten
hat. Infolgedessen kann die Lenkhilfe weich ohne ir
gendeine abrupte Änderung bzw. Schockwirkung ausgeführt
werden.
Wenn die Lenkgeschwindigkeit den Lenkradkorrektur
bereich übersteigt und weiterhin ansteigt, nimmt der
Absolutwert des Hilfskorrektursignals it′ allmählich ab.
Infolgedessen wird bei gleicher Fahrzeuggeschwindigkeit
und Drehmomentbedingung der Hilfsmomentwert oder Hilfs
drehkraftwert für eine geringere Lenkgeschwindigkeit ₀
als eine höhere Lenkgeschwindigkeit ₁ geringer, wie
in Fig. 14 dargestellt ist. Infolgedessen tritt keine
zu leichte Betätigung auf, und auch wiederholte Len
kungen während der Geradeausfahrt vermitteln dem Fahrer
ein geeignetes Gefühl für die Lenkung.
Die Ausgangscharakteristik des Drehmomentkorrektur
funktionsabschnitts 72 wird so angewandt, wie durch die
gestrichelte Linie in Fig. 10b angezeigt, wobei der
Ausgangsmomentwert, d.h. der Ausgangsdrehkraftwert
augenblicklich einen vorbestimmten Wert annimmt.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird, wenn
die Lenkgeschwindigkeit gering ist oder in einem kleinen
Korrekturbereich, das zusätzliche oder Ergänzungshilfs
signal ia ausgegeben und das Lenkrad 102 mit einer ge
eigneten Hilfskraft beaufschlagt.
Wird die Lenkgeschwindigkeit höher als der vorbe
stimmte Bereich, so nimmt der Absolutwert des Ergänzungs
hilfssignals ia allmählich ab, so daß kein zu leichtes,
jedoch ein bequemes Lenkgefühl für das Lenkrad 102 vor
liegt, während das Fahrzeug mit wiederholten kleinen
Korrekturen des Lenkwinkels geradeaus gesteuert wird.
Die vorliegende Erfindung wurde an einem Ausfüh
rungsbeispiel näher erläutert, es ist jedoch anzumer
ken, daß die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbei
spiel beschränkt ist, sondern zahlreiche Abänderungen
und Modifikationen denkbar sind, ohne von der Erfindungs
idee abzuweichen oder den Schutzumfang der Erfindung
zu verlassen.
Claims (4)
1. Motorsteuergerät für eine elektrische Servolenk
einrichtung, aufweisend einen Drehmomentsensor zum
Erfassen eines Drehmoments der Lenkeinrichtung eines
Fahrzeugs, eine Steuersignalerzeugungseinheit zum
Erzeugen eines Steuersignals in Übereinstimmung mit
einem vom Drehmomentsensor erfaßten Drehmoment und
eine Motorsteuereinheit zum Antreiben und Steuern
eines Motors der elektrischen Servolenkeinrichtung
in Übereinstimmung mit diesem Steuersignal, welches
Motorsteuergerät dadurch gekennzeichnet ist, daß es
aufweist:
eine Lenkgeschwindigkeitserfassungseinrichtung (41) zum Erfassen der Lenkgeschwindigkeit der Lenkeinrich tung (101),
eine Lenkgeschwindigkeitsbereichserfassungseinrich tung (6), die auf ein Ausgangssignal der Lenkgeschwin digkeitserfassungseinrichtung anspricht, um ein Lenk geschwindigkeitssignal zu erzeugen, wenn die Lenkge schwindigkeit kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, und
eine Lenkkorrektursteuereinheit (7) zur Erzeugung eines Hilfskorrektursignals (it′), das so ausgelegt ist, daß sein Absolutwert einen vorbestimmten Wert anspre chend auf das Lenkgeschwindigkeitssignal von der Lenk geschwindigkeitsbereichserfassungseinrichtung und auf das Steuersignal vom Drehmomentsensor (31) annimmt und daß sein Absolutwert auf geringere Werte als diesen vor bestimmten Wert abnimmt, wenn von der Lenkgeschwindig keitsbereichserfassungseinrichtung kein Ausgangssignal geliefert wird,
wobei das Steuersignal in Übereinstimmung mit dem Hilfskorrektursignal, das der Motorsteuereinheit (2) zugeführt wird, geregelt wird.
eine Lenkgeschwindigkeitserfassungseinrichtung (41) zum Erfassen der Lenkgeschwindigkeit der Lenkeinrich tung (101),
eine Lenkgeschwindigkeitsbereichserfassungseinrich tung (6), die auf ein Ausgangssignal der Lenkgeschwin digkeitserfassungseinrichtung anspricht, um ein Lenk geschwindigkeitssignal zu erzeugen, wenn die Lenkge schwindigkeit kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, und
eine Lenkkorrektursteuereinheit (7) zur Erzeugung eines Hilfskorrektursignals (it′), das so ausgelegt ist, daß sein Absolutwert einen vorbestimmten Wert anspre chend auf das Lenkgeschwindigkeitssignal von der Lenk geschwindigkeitsbereichserfassungseinrichtung und auf das Steuersignal vom Drehmomentsensor (31) annimmt und daß sein Absolutwert auf geringere Werte als diesen vor bestimmten Wert abnimmt, wenn von der Lenkgeschwindig keitsbereichserfassungseinrichtung kein Ausgangssignal geliefert wird,
wobei das Steuersignal in Übereinstimmung mit dem Hilfskorrektursignal, das der Motorsteuereinheit (2) zugeführt wird, geregelt wird.
2. Motorsteuergerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Steuersignal herabgesetzt wird sowie die Fahr
zeuggeschwindigkeit zunimmt.
3. Motorsteuergerät nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lenkkorrektursteuereinheit (7) ferner eine
Korrekturfaktorerzeugungseinrichtung (71, 74) aufweist,
die ein Korrekturfaktorsignal, das sich mit der Fahrzeug
geschwindigkeit ändert, erzeugt, wobei das Steuersignal
in Übereinstimmung mit dem Korrekturfaktorsignal ge
steuert wird.
4. Motorsteuergerät nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lenkkorrektursteuereinheit (7) ferner eine Multi
plikationseinrichtung (75) aufweist, die das Korrektur
faktorsignal zur Steuerung des Befehlssignals mit diesem
multipliziert.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |