DE4419048A1 - Steuersystem und -verfahren für Servolenkgerät - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem und -verfahren zum Steuern eines Servolenkgeräts, das den Lenk­ kraftunterstützungsanteil eines Lenkmechanismus für ein Fahr­ zeug steuert, z. B. eines Typs, in dem der gewünschte Soll- Unterstützungsanteil gemäß einer Fuzzylogik-Regel eingestellt wird.

In den letzten Jahren wurden Servolenkgeräte zur Unter­ stützung der Kraft (nachstehend Lenkradbedienungskraft oder kurz Lenkkraft genannt) zum Bedienen des Lenkrads weitgehend verändert. Insbesondere werden hydraulische Servolenkungen, die einen hydraulischen Zylindermechanismus zur hydraulischen Unterstützung der Lenkkraft als solche Servolenkgeräte einge­ setzt. Auch wurden elektrisch betriebene Servolenkungen, bei denen die Lenkkraft durch einen Elektromotor unterstützt wird, entwickelt.

Solche oben beschriebenen Servolenkungen lassen das Lenken eines Fahrzeugs, für das im Regelfall eine hohe Lenkkraft erforderlich ist, wie z. B. ein großes Fahrzeug oder ein Fahrzeug mit breiten Reifen an den gelenkten Rädern, mit einer niedrigen Lenkkraft zu und eliminieren so die soge­ nannte Schwergängigkeit des Lenkrads. Wenn die Fahrzeugge­ schwindigkeit niedrig ist, wie beim Einparken, ist es generell wünschenswert, daß mit einer geringeren Lenkkraft gelenkt werden kann. Wenn das Fahrzeug andererseits mit hoher Geschwindigkeit fährt, wird das Fahrverhalten instabil, wenn die Lenkung sehr leichtgängig ist (auf geringe Kraft an­ spricht), so daß dann eine ziemlich schwergängige Lenkung (die auf große Kraft anspricht) erwünscht ist. Daher wurde bereits eine geschwindigkeitsabhängige Servolenkung ent­ wickelt, bei der die Lenkradbedienung in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert wird. Wenn also das Fahr­ zeug mit geringer Geschwindigkeit fährt, wird der Lenkkraft­ unterstützungsanteil auf einen relativ hohen Wert festgelegt, um die Lenkradbedienung leichter zu machen. Wenn hingegen das Fahrzeug mit mittlerer oder hoher Fahrzeuggeschwindigkeit fährt, wird der Lenkkraftunterstützungsanteil auf einen ver­ gleichsweise niedrigen Wert festgelegt, um die Lenkradbe­ dienung schwergängiger zu machen.

Bei einer solchen, von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen Servolenkung ist ein Geschwindigkeitssensor am Fahrzeug vor­ gesehen, während ein Ventil zur Anpassung des Hydrauliköl­ flusses zu einem Hydraulikzylinder in einem System der hydrau­ lischen Servolenkung vorgesehen ist. Das Ventil wird in Ab­ hängigkeit von der mittels des Geschwindigkeitssensors gemes­ senen Fahrzeuggeschwindigkeit elektronisch gesteuert, um den Lenkunterstützungsanteil anzupassen. Diese geschwindigkeits­ abhängige Servolenkung wird als elektronisch gesteuerte Ser­ volenkung bezeichnet.

Fig. 9 ist eine schematische Ansicht und zeigt den Aufbau einer Hydraulikdruck-Steuereinheit für eine herkömmliche elektronisch gesteuerte Servolenkvorrichtung, Fig. 10 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie X-X in Fig. 9. Schließlich ist Fig. 11 eine schematische Quer­ schnittsansicht entlang der Linie XI-XI in Fig. 9.

Nehmen wir jetzt Bezug auf Fig. 9 bis 11; die Bezugszahl 11 bezeichnet eine Eingangswelle zur Aufnahme der Lenkkraft vom (nicht gezeigten) Lenkrad her, die mittels Lager in einem Gehäuse 12 drehbar gelagert ist. Ein Ritzel 13 ist an einem unteren Ende der Eingangswelle 11 mit einer dazwischenliegen­ den (nicht dargestellten) Hülse oder dergl. für die relative Drehung gelagert. Im hohlen Innenraum der Eingangswelle 11 ist ein Torsionsstab 14 angeordnet. Der Torsionsstab 14 ist an einem oberen Ende mittels eines Stifts oder dergl. dreh­ fest mit der Eingangswelle 11 gekoppelt. Ferner ist er am unteren Ende nicht durch die Eingangswelle eingespannt ist.

Das Ritzel 13 steht am unteren Ende der Eingangswelle 11 in einem verzahnten Eingriff mit dem unteren Ende des Torsions­ stabs 14, so daß eine an der Eingangswelle 11 angreifende Lenkkraft über den Torsionsstab 14 auf das Ritzel 13 übertra­ gen wird. Das Ritzel 13 greift in eine Zahnstange 15 ein, so daß die Lenkkraft von der Eingangswelle 11 über das Ritzel 13 auf die Zahnstange 15 übertragen wird, um dieselbe in ihrer axialen Richtung (in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Fig. 9) zur Lenkung der (nicht dargestellten) Räder des Fahr­ zeugs zu bewegen.

Im Gehäuse 12 ist zwischen der Eingangswelle 11 und dem Ritzel 13 ein Drehschieber 16 angeordnet. Der Drehschieber 16 öffnet oder schließt sich in Abhängigkeit von einer Phasen­ differenz zwischen der Eingangswelle 11 und dem Ritzel 13. Der Drehschieber ist mit einer Hydrauliköl-Zufuhrleitung 18 von einer extern vorgesehenen Ölpumpe 17 und einer Hydrau­ liköl-Abfuhrleitung 20 eines Ölreservoirs 19 verbunden. Ande­ rerseits bezeichnet die Bezugszahl 21 einen Hydraulikzylinder einer Servolenkung, in dem ein Kolben 23 in axialer Richtung in einem Hohlzylinder 22 beweglich gehaltert wird, der auf einem vorgegebenen Glied der Fahrzeugskarosserieseite vorge­ sehen ist. Eine Kolbenwelle 24 des Kolbens 23 ist in der Mitte auf der Zahnstange 15 montiert. Der Kolben 23 teilt das Innere des Zylinders 22 in zwei Teile und bildet so eine rechte und eine linke Ölkammer, 25 bzw. 26 aus.

Wenn also eine Lenkkraft auf die Eingangswelle 11 wirkt, ist die Eingangswelle 11 starr und zeigt nur wenig Verdrehung, aber der Torsionsstab 14 überträgt die Lenkkraft auf das Ritzel 13, während er sich etwas verwindet. Dementsprechend zeigt das Ritzel 13 in Lenkrichtung eine Phasendifferenz gegenüber der Eingangswelle 11, und der Drehschieber 16 wird gemäß der Phasendifferenz betätigt. Der Drehschieber 16 öff­ net und schließt sich so; daß Hydrauliköl von der Ölpumpe 17 durch die Hydrauliköl-Zufuhrleitung 18 in die rechte bzw. linke Ölkammer 25 bzw. 26 dem Hydraulikzylinders 22 einge­ leitet wird, um eine Lenkkraftunterstützungskraft auf die Zahnstange 15 auszuüben, die die erforderliche Lenkkraft­ unterstützungskraft in Lenkrichtung liefert.

Ferner sind im Gehäuse 12 eine Vielzahl von Reaktions­ kraftkolben 27 an einer Außenperipherie eines unteren Teils der Eingangswelle 11 angeordnet, so daß sie peripher außen um die Eingangswelle 11 liegen, um beim Lenken eine Reaktions­ kraft zum Erhöhen der Lenkkraft (d.i. der Lenkreaktion) zu erzeugen. Die Reaktionskraftkolben 27 nehmen Hydrauliköl auf, das ihnen gesteuert von einem Hydraulikdrucksteuerventil 28 zugeführt wird, um die Eingangswelle 11 einzuspannen, um so eine Reaktionskraft in Abhängigkeit vom Hydraulikdruck vorzu­ sehen.

Insbesondere sind vier Reaktionskraftkolben 27 gleichmäßig beabstandet im Gehäuse 12 vorgesehen, so daß sie peripher um die Eingangswelle 11 liegen, und an ihren Außenseiten sind Kammern 29 ausgebildet und Rücklaufbohrungen 30 vorgesehen. Andererseits ist in der Nähe der Eingangswelle 11 seitlich ein Hydraulikdrucksteuerventil 28 vorgesehen und erstreckt sich parallel zur Eingangswelle 11 im Gehäuse 12. Im Hydrau­ likdrucksteuerventil 28 ist ein Kolben 31 vorgesehen, der in vertikaler Richtung im Gehäuse 12 beweglich ist und der durch eine in einem oberen Teil vorgesehene Feder 32 nach unten vorgespannt ist. Um die äußere Peripherie des unteren Teils des Kolbens 31 ist ein Topfmagnet 33 vorgesehen, so daß der Topfmagnet 33 unter Strom gesetzt wird, um eine axiale Auf­ wärtskraft auf den Kolben 31 auszuüben.

Der Kolben 31 weist ein Paar Öldurchgänge 34 und 35, die mit der Hydrauliköl-Abfuhrleitung 20 des Ölreservoirs 19 verbun­ den sind, einen ringförmigen Öldurchlaß 36, der mit der Hy­ drauliköl-Zufuhrleitung 18 der Ölpumpe 17 verbunden ist, und einen ringförmigen Öldurchlaß 38, der als hydraulische Zu­ fuhr/Abfuhrleitung 37 mit der Kammer 29 des Reaktionskraft­ kolbens 27 verbunden ist, und einen Öldurchgang 39, der die ringförmigen Öldurchgänge 36 und 38 miteinander verbindet, auf. Wenn also im Ruhezustand der Topfmagnet 33 nicht unter Strom steht, steht der Kolben 31 an seinem unteren Totpunkt, und die Hydrauliköl-Zufuhrleitung 18 und der ringförmige Öldurchlaß 36 kommunizieren miteinander. Daraus ergibt sich, daß das an das durch die Hydrauliköl-Zufuhrleitung 18 an das Hydrauliköldrucksteuerventil 28 geförderte Öl von dem ring­ förmigen Öldurchlaß 36 durch den Öldurchlaß 39 und den ring­ förmigen Öldurchlaß 38 in die Kammer 29 des Reaktionskraft­ kolbens 27 geliefert wird. Wenn andererseits der Topfmagnet 33 unter Strom steht, steht der Kolben 31 an seinem oberen Totpunkt und die Hydrauliköl-Zufuhrleitung 18 und der ring­ förmige Öldurchlaß 36 sind nicht miteinander in Verbindung. Daher fließt Hydrauliköl, das von der Ölpumpe 17 durch die Hydrauliköl-Zufuhrleitung 18 an das Hydraulikdrucksteuer­ ventil 28 gefördert wird, nicht in die Kammer 29 des Reak­ tionskraftkolbens 27.

Auf diese Weise kann der dem Topfmagnet 33 zugeführte Strom so geregelt werden, daß er die Lenkhilfecharakteristik steu­ ert. Ferner ist eine Regeleinheit (Control Unit - CU) 40 zum Regeln des Topfmagneten 33 mit einem Fahrzeuggeschwindig­ keitssensor 41, einem Motordrehzahlsensor 42 usw. verbunden, so daß die Regeleinheit 40 den an den Topfmagnet 33 angeleg­ ten Strom in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen dieser Sensoren zum Steuern des Topfmagneten 33 einstellt.

Beim Lenken, während das Fahrzeug beispielsweise anhält oder mit einer geringen Geschwindigkeit fährt, wird der Topfmagnet 33 mit maximalem Strom versorgt. Folglich ist der Kolben 31 aufwärts in seine höchste Position gedrückt, in der der ring­ förmige Öldurchlaß 36 nicht mit der Ölpumpe 17 verbunden ist und die Ölversorgung der Kammern 29 der Reaktionskraftkolben 27 ist unterbrochen. Folglich spannen die Reaktionskraft­ kolben 27 die Eingangswelle 11 nicht ein und das Lenken kann mit geringer Kraft erfolgen.

Andererseits, wenn das Fahrzeug beispielsweise mit einer mittleren oder hohen Geschwindigkeit fährt; wird die Versor­ gung des Topfmagneten 33 mit Strom in Abhängigkeit von einer Steigerung der Fahrzeuggeschwindigkeit verringert. Folglich nimmt, wenn das Lenkrad in seiner neutralen Position steht, die Axialkraft des Kolbens 31 entsprechend der Stromabnahme ab. Ferner bewegt sich mit der Abnahme der Axialkraft der Kolben 31 nach unten, so daß der ringförmige Öldurchlaß 36 mit der Hydrauliköl-Zufuhrleitung 18 der Ölpumpe 17 verbunden wird, um eine Versorgung der Kammern 29 der Reaktionskraft­ kolben 27 zu gestatten. In diesem Zustand spannen die Reak­ tionskraftkolben 27 die Eingangswelle 11 ein, um das Lenkrad in seiner neutralen Position zu halten. Wenn also das Lenkrad ein bißchen aus seiner neutralen Position bewegt wird, will der Ausstoß der Ölpumpe 17 ansteigen. In diesem Moment wirkt der Ausgangsdruck der Ölpumpe 17 auf die Kammern 29 der Reak­ tionskraftkolben 27 im wesentlichen ohne durch das Hydraulik­ drucksteuerventil 28 gesteuert zu werden. Entsprechend wird die Lenkkraft in der Nähe der neutralen Position des Lenk­ rades erhöht und eine hinreichende Reaktion des Lenkrades in seiner neutralen Position wird erreicht. Das führt zu einem Gefühl der Stabilität des Lenkrades in der neutralen Position.

Wenn das Fahrzeug mit einer mittleren oder hohen Geschwindig­ keit fährt, steigt der Ausstoß der Ölpumpe 17 beim Lenken innerhalb eines normalen Lenkbereichs an, um den Lenk­ kraftunterstützungsanteil in Abhängigkeit von einer Betäti­ gung des Lenkrads, das heißt in Abhängigkeit von einer Stei­ gerung der Lenkkraft zu steigern. Zwischenzeitlich wirkt der Ausgangsdruck der Ölpumpe 17 auf die Kammern 29 der Reak­ tionskraftkolben 27 unter der Steuerung des Hydraulikdruck­ steuerventils 28. Demzufolge spannen die Reaktionskraft­ kolben die Eingangswelle 11 ein, um die Lenkreaktion (Lenkkraft) zu erhöhen.

Das führt dazu, daß sich beim Lenken, wenn das Fahrzeug mit mittlerer oder hoher Geschwindigkeit fährt, die Lenkkraft um einen Betrag erhöht, der der Betätigung der Reaktionskraft­ kolben 27 entspricht, im Vergleich zu der Lenkkraft beim Lenken, wenn das Fahrzeug anhält oder nur mit geringer Ge­ schwindigkeit fährt. Kurz gesagt, die Lenkreaktion wird er­ höht und ein stabiles Lenkgefühl wird erreicht, insbesondere wenn die Stromversorgung des Topfmagneten 33 in Abhängigkeit von einer Steigerung der Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt, wird der Lenkkraftunterstützungsanteil verringert und die Lenkkraft (Lenkreaktion) steigt, und folglich entsteht das Gefühl einer größeren Lenkstabilität.

Die Regeleinheit 40 zum Regeln des Topfmagneten 33 ist mit dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 41 und dem Motordrehzahl­ sensor 42 so verbunden, daß bei einer Störung in einem Erfas­ sungsschaltkreis von der Fahrgeschwindigkeitsinformation, einem Motordrehzahlsignal oder dergleichen festgestellt wird, der Topfmagnet 33 abgeschaltet wird, um eine Fehlsteuerung zu vermeiden.

Eine weitere Überlegung ist die, daß die erforderlichen Lenk­ kraftcharakteristiken aktuell mit dem Fahrzustand des Fahr­ zeugs variieren, d. h., es kommt darauf an, ob das Fahrzeug geradeaus oder in einer Kurve fährt, oder ob das Fahrzeug beschleunigt oder abgebremst wird. Jedoch ist es herkömm­ lichen elektronisch gesteuerten Servolenkungen bisher nicht gelungen, immer ein optimales Lenkgefühl zu erzeugen, da sie, wie oben beschrieben, lediglich die Lenkkraft in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit steuern.

Wenn das Fahrzeug beispielsweise in eine Kurve geht, sollte die Lenkkraftcharakteristik eine etwas höhere Lenkkraft be­ wirken, so daß der Fahrer den Fahrzustand des Fahrzeugs zu diesem Zeitpunkt aus einer angemessenen Variation der Lenk­ kraft erfassen kann. Insbesondere sollte, wenn das Fahrzeug in eine Kurve geht und dabei beschleunigt wird, die Lenk­ kraftcharakteristik eine etwas schwergängigere Lenkkraft bewirken, so daß der Fahrer den Fahrzustand des Fahrzeugs in diesem Augenblick entsprechend erfühlen kann. Jedoch wird mit den herkömmlichen elektronisch gesteuerten Servolenkungen, weil sich jetzt infolge der Beschleunigung die Fahrzeugge­ schwindigkeit erhöht und daher die Lenkunterstützung des Lenkrads abnimmt und eine weniger schwergängige Lenkkraft zeigt, in den meisten Fällen keine ausreichend schwergängige Lenkung erreicht.

Wenn das Fahrzeug andererseits in die Kurve geht und dabei abgebremst wird, sollte die Lenkkraftcharakteristik eine ziemlich hohe Lenkkraft bewirken, so daß der Fahrer den Fahr­ zustand des Fahrzeug dann entsprechend erfassen kann. Jedoch wird bei den herkömmlichen elektronisch gesteuerten Servolenkungen die Lenkkraftcharakteristik entsprechend der Verzö­ gerung leichter. Wenn das Fahrzeug mit konstanter Geschwin­ digkeit auf eine Ecke zufährt, sollte die Lenkkraftcharakte­ ristik zu einer noch etwas höheren ("noch etwas höher" ist hier als höher gegenüber der "ziemlich hohen" zu verstehen) Lenkkraft führen, so daß der Fahrer den Fahrzustand des Fahr­ zeugs dann entsprechend erfassen kann. Bei den herkömmlichen elektronisch gesteuerten Servolenkungen zeigt die Lenk­ kraftcharakteristik zu dieser Zeit jedoch keine Änderung.

Neben den vorgenannten elektronisch gesteuerten Servolenkun­ gen wurden bereits mehrere Servolenkungen vorgeschlagen, einschließlich des in der Japanischen Offenlegungsschrift 2- 171384 geoffenbarten Geräts, bei dem sich der Lenkkraftunter­ stützungsanteil gemäß einer Fuzzylogik-Regel aus einem Lenk­ richtungssignal des Lenkrads und einem Höhensignal des Fahr­ zeugs verändert. Ein anderes Servolenkgerät wird in der Japa­ nischen Auslegeschrift 2-171385 geoffenbart, in dem sich der Lenkkraftunterstützungsanteil gemäß einer Fuzzylogik-Regel aus dem Lenkrichtungssignal des Lenkrads und einem Tempera­ tursignal des Fahrzeugs ändert.

Jedoch gelingt es auch diesen Servolenkungen nicht, den Lenk­ kraftunterstützungsanteil für das Lenkrad so zu steuern, daß eine optimale Lenkcharakteristik in Abhängigkeit vom Fahr­ zustand des Fahrzeugs erreicht wird, und insbesondere er­ zeugen sie nicht immer ein optimales Lenkgefühl, wie oben beschrieben, wenn das Fahrzeug aus Geradeausfahrt in eine Kurve fährt.

Ferner besteht bereits ein Patent für eine elektronisch gesteuerte Servolenkung unter Fuzzylogik-Steuerung, die die obigen Probleme löst, angemeldet als Japanische Patentan­ meldung 4-253173 (eingereicht am 22. September 1992: Deutsche Anmeldung Nr. P 43 32 247.6).

Diese elektronisch gesteuerte Servolenkung vom Fuzzylogiktyp (JP-A-4-253173) weist Einstellmittel für einen Soll-Lenk­ kraftunterstützungsanteil auf zum Einstellen eines Soll-Lenk­ kraftunterstützungsanteils während der elektronischen Steue­ rung auf, die den Soll-Lenkkraftunterstützungsanteil gemäß einer Fuzzylogik-Regel aus der Fahrgeschwindigkeit und der Querbeschleunigung als Eingabebedingungen festsetzt. Im Ein­ zelnen benutzt die Soll-Lenkkraftunterstützungsanteil-Ein­ stellvorrichtung eine mitgliedschaftliche Funktion zur Be­ wertung der Fahrzeuggeschwindigkeit und eine mitgliedschaft­ liche Funktion zur Bewertung der im Fahrzeug auftretenden Querbeschleunigung zur Einstellung des Soll-Lenkkraftunter­ stützungsanteils gemäß einer Fuzzylogik-Regel, in der der Soll-Lenkkraftunterstützungsanteil verringert wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt, und der Soll-Lenkkraftunter­ stützungsanteil verringert wird, wenn die Querbeschleunigung zunimmt.

Diese elektronisch gesteuerte Servolenkung vom Fuzzylogiktyp ist jedoch nicht in der Lage, eine hinreichende Lenkstabili­ tät zu erreichen, wenn das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt. Das heißt, die Lenkkraft muß schwergängiger einge­ stellt sein (kleiner Unterstützungsanteil), um die Lenkstabi­ lität beim Lenken bei hohen Geschwindigkeiten im Vergleich zu mittelschnellen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs zu erreichen. Jedoch steigert und reduziert dieses Servolenkgerät den Soll- Unterstützungsanteil gemäß den Veränderungen der Fahrge­ schwindigkeit des Fahrzeugs. Wenn also der Lenkeinschlag­ winkel abnimmt und die Querbeschleunigung abnimmt während des Hochgeschwindigkeitsbetriebs des Fahrzeugs, steigert die Soll-Unterstützungsanteil-Einstellvorrichtung den Soll-Unter­ stützungsanteil in Abhängigkeit von der Abnahme der im Fahr­ zeug hervorgerufenen Querbeschleunigung, was zu einem un­ stabilen Lenkgefühl während der Hochgeschwindigkeitsfahrt des Fahrzeugs führt. Im Servolenkgerät kann die Regel für die Querbeschleunigung verändert werden je nach dem Fahrzeug­ geschwindigkeitsbereich (Hochgeschwindigkeit - Niedrig­ geschwindigkeit), um ein hinreichendes Lenkgefühl während der Hochgeschwindigkeitsfahrt des Fahrzeugs zu erreichen. Das erhöht jedoch die Anzahl der mitgliedschaftlichen Funktionen und Fuzzylogik-Regeln, was zu einer komplexen Steuerung führt.

Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuersystem und -verfahren zum Steuern einer Servolenkung zu schaffen, bei der sich eine optimale Lenkcharakteristik in Abhängigkeit vom Fahrzustand des Fahrzeugs erreichen läßt, und so die obigen Probleme vermieden werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, die die obige Aufgabe löst, ist vorgesehen ein Steuersystem für eine Servolenkvorrich­ tung, die einen Lenkkraftunterstützungsanteil eines Lenk­ mechanismus für ein Fahrzeug regelt, enthaltend Fahrzeugge­ schwindigkeits-Erfassungsmittel zum Erfassen einer Fahrzeug­ geschwindigkeit, Querbeschleunigungs-Erfassungsmittel zum Festlegen (Erfassen oder Abschätzen) einer auf das Fahrzeug wirkenden Querbeschleunigung, und ein Regelgerät zum Fest­ legen des Soll-Lenkkraftunterstützungsanteils unter Ver­ wendung des Produkts aus Fahrzeuggeschwindigkeit und Quer­ beschleunigung als Eingabefaktoren, so daß der Soll-Lenk­ kraftunterstützungsanteil abnimmt wenn das Produkt zunimmt.

Somit erfaßt das Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungsmittel die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, das Querbeschleuni­ gungs-Erfassungsmittel erfaßt oder schätzt die Querbeschleu­ nigung des Fahrzeugs, und der Regler setzt den Soll-Lenk­ kraftunterstützungsanteil unter Verwendung des Produkts aus Fahrgeschwindigkeit und Querbeschleunigung des Fahrzeugs als Eingabefaktoren fest. Somit wird eine optimale Lenkcharakte­ ristik gemäß den Fahr- und Lenkbedingungen des Fahrzeugs erreicht. Durch die Verwendung des Produkts aus Fahrge­ schwindigkeit und der Querbeschleunigung als Eingabefaktor wird die Stabilität der Lenkoperation im Hochgeschwindig­ keitszustand des Fahrzeugs verbessert.

Ferner setzt im erfindungsgemäßen Steuersystem zum Steuern einer Servolenkvorrichtung der Regler den Soll-Lenkkraft­ unterstützungsanteil auf einen festen Wert, unabhängig von einer Veränderung des Produkts in einem Bereich, in dem das Produkt nicht unter einen vorgegeben Wert abfällt. Damit wird eine noch weiter verbesserte Stabilität der Lenkvorgänge im Hochgeschwindigkeitsfahrzustand des Fahrzeugs erzielt.

In einem weiteren Aspekt des Steuersystems zum Steuern einer erfindungsgemäßen Servolenkvorrichtung setzt der Regler den Soll-Lenkkraftunterstützungsanteil unter Verwendung der Fahr­ zeuggeschwindigkeit und des Produkts als Eingabevariable gemäß einer Fuzzylogik-Regel fest und ermöglicht somit eine Feinsteuerung mit einer reduzierten Anzahl Regeln.

In einem weiteren Aspekt des Steuerverfahrens zum Steuern einer erfindungsgemäßen Servolenkvorrichtung setzt der Regler den Soll-Lenkkraftunterstützungsanteil gemäß einer Fuzzy­ logik-Regel fest unter Verwendung einer mitgliedschaftlichen Funktion zur Bewertung der Fahrzeuggeschwindigkeit und einer weiteren mitgliedschaftlichen Funktion zur Bewertung des Produkts aus Fahrgeschwindigkeit und Querbeschleunigung des Fahrzeugs, so daß der Soll-Lenkkraftunterstützungsanteil abnimmt in Abhängigkeit von einer Zunahme der Fahrgeschwin­ digkeit des Fahrzeugs, und abnimmt in Abhängigkeit von einer Zunahme des Produkts aus Fahrgeschwindigkeit und Querbe­ schleunigung. Da ferner der Lenkkraftunterstützungsanteil abnimmt wenn die Fahrgeschwindigkeit und die Querbeschleuni­ gung des Fahrzeugs zunimmt, wird die Lenkcharakteristik schwergängiger mit der Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit, um ein stabiles Lenkgefühl zu erzeugen. Ferner wird die Lenkcharakteristik schwergängiger, wenn das Fahrzeug schärfer in die Kurve geht, so daß ein Lenkgefühl gemäß der Kurven­ schärfe erzielt wird und dem Fahrer der Kurvenfahrzustand bewußt wird.

Im Steuersystem zum Steuern einer erfindungsgemäßen Servo­ lenkvorrichtung berechnet das Querbeschleunigungs-Erfassungs­ mittel die Querbeschleunigung aus den Erfassungsergebnissen des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors und des Lenkeinschlag­ winkelsensors am Fahrzeug, und vermeidet somit die Notwendig­ keit, weitere Teile in ein Fahrzeug einbauen zu müssen, das bereits mit einem Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungssensor und einem Lenkeinschlagwinkel-Erfassungssensor für die Zwecke irgendeiner anderen Steuerung ausgerüstet ist.

Als Alternative kann als Querbeschleunigungs-Erfassungsmittel ein Querbeschleunigungs-Erfassungssensor vorgesehen sein, der die auf das Fahrzeug einwirkende Querbeschleunigung direkt erfaßt.

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, ein Steuerverfahren zum Steuern einer Servolenkvorrichtung zum Steuern eines Lenkkraftunterstützungsanteils in einem Lenkmechanismus eines Fahrzeugs für einen Soll-Lenkkraftunterstützungsanteil unter Verwendung des Produkts der erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeit und der erfaßten oder geschätzten auf das Fahrzeug einwirken­ den Querbeschleunigung als Eingabefaktor, so daß der Soll- Lenkkraftunterstützungsanteil in Abhängigkeit von einer Stei­ gerung des Produkts aus Fahrgeschwindigkeit und Querbeschleu­ nigung abnimmt.

Diese und weitere Aufgaben der vorliegenden Anmeldung werden durch die nachstehende detaillierte Beschreibung verdeut­ licht. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die detaillierte Beschreibung und spezifischen Beispiele sich nur auf be­ vorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung be­ ziehen und daher nur hinweisenden Charakter haben, dem Fachmann sind natürlich eine Reihe Änderungen und Modifika­ tionen bewußt, die alle unter den Umfang und die Wesensart der Erfindung fallen.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung und zeigt eine Struktur einer Hydraulikdruck-Steuereinheit für ein Steuer­ system für eine Servolenkung in einer Ausführungsform der elektronisch gesteuerten Servolenkvorrichtung gemäß der vor­ liegenden Erfindung;

Fig. 2 ist ein Graph, der eine mitgliedschaftliche Funktion für die Fahrzeuggeschwindigkeit in Anwendung auf die Fuzzy­ logiksteuerung zeigt;

Fig. 3 ist ein Graph, der eine mitgliedschaftliche Funktion für Fahrzeuggeschwindigkeit × Querbeschleunigung zeigt, die für die Fuzzylogiksteuerung zur Anwendung kommt;

Fig. 4 ist ein Graph, der die Berechnung zum Erzielen eines Servolenkkraftunterstützungsanteils aus einer Anpassung der individuellen mitgliedschaftlichen Funktionen nach der Me­ thode des elastische Mittelpunkts zeigt;

Fig. 5 ist ein Flußdiagramm, das eine Steuerung unter Fuzzy­ logik zeigt;

Fig. 6 ist eine schematische Illustration, die ein prakti­ sches Rechensteuerbeispiel zum Erfassen des Lenkkraftunter­ stützungsanteils aus den individuellen mitgliedschaftlichen Funktionen für die Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrzeug­ geschwindigkeit × Querbeschleunigung nach der Methode des elastischen Mittelpunkts zeigt;

Fig. 7 ist eine schematische Illustration, die ein prakti­ sches Rechensteuerbeispiel zum Erfassen des Lenkkraftunter­ stützungsanteils aus den individuellen mitgliedschaftlichen Funktionen für die Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrzeug­ geschwindigkeit × Querbeschleunigung nach der Methode des elastischen Mittelpunkts zeigt;

Fig. 8 ist ein Graph, der einen Effekt betreffend die Lenk­ linearität der Fuzzylogik-Steuerung der vorliegenden Ausfüh­ rungsform zeigt;

Fig. 9 ist eine schematische Ansicht, die eine Struktur einer Servolenkung-Hydraulikdruck-Steuereinheit der eingangs genannten elektronisch gesteuerten Servolenkvorrichtung zeigt;

Fig. 10 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie X-X in Fig. 9;

Fig. 11 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie XI-XI in Fig. 9.

Nachstehend wird ein elektronisch gesteuertes Servolenkgerät als erfindungsgemäße bevorzugte Ausführungsform anhand der Zeichnungen beschrieben.

Die elektronisch gesteuerte Servolenkung der vorliegenden Ausführungsform soll gemäß einer Fuzzylogik-Regel die hydrau­ lische Drucksteuereinheit für die Servolenkung steuern, die einen mechanischen Abschnitt (Hardware-Konstruktion) auf­ weist, der im wesentlichen ähnlich dem einer oben beschriebe­ nen herkömmlichen elektronischen Servolenkung ist, und daher soll jetzt hier nachstehend kurz der mechanische Abschnitt beschrieben werden.

Nehmen wir Bezug auf Fig. 1; eine Eingangswelle 11 nimmt eine Lenkkraft von einem (nicht dargestellten) Lenkrad her auf und ist in einem Gehäuse 12 drehbar gelagert. Diese Eingangswelle ist an ihrem unteren Ende drehbar mit einem Ritzel 13 und in ihrem hohlen Innenraum mit einem Torsionsstab 14 versehen, von dem nur ein oberes Ende mit der Eingangswelle 11 gekop­ pelt ist. Das Ritzel 13 steht im verzahnten Eingriff mit einem unteren Ende des Torsionsstabs 14, und das Ritzel 13 greift in eine Zahnstange 15 ein, wobei die Lenkkraft der Eingangswelle 11 über den Torsionsstab 14 auf das Ritzel 13 und dann auf die Zahnstange 15 übertragen wird, so daß die Zahnstange 15 zum Lenken der Fahrzeugräder in axialer Richtung bewegt wird.

Ein Drehschieber 16 im Gehäuse 12 öffnet und schließt sich gemäß einer Phasendifferenz in peripherer Richtung zwischen der Eingangswelle 11 und dem Ritzel 13, und ist mit einer Hydraulikölzufuhrleitung 18 von einer Ölpumpe 17 und einer Hydraulikölabfuhrleitung 20 zu einem Ölreservoir 19 verbun­ den. Andererseits enthält ein Servolenkungs-Hydraulikzylinder 21 einen in einem Zylinder 22 gelagerten Kolben 23, der in axialer Richtung beweglich ist, und eine Kolbenstange 24 des Zylinders 23 ist in der Mitte an der Zahnstange 15 montiert. Der Kolben 23 unterteilt den Zylinder 22 in eine rechte und eine linke Ölkammer 25 bzw. 26.

Wenn also auf die Eingangswelle 11 eine Lenkkraft aufgebracht wird, überträgt der Torsionsstab 14 diese Lenkkraft auf das Ritzel 13, wobei er sich im gewissen Maße verdreht. Demzu­ folge weist das Ritzel 13 gegenüber der Eingangswelle 11 eine gewisse Phasenverschiebung in Lenkrichtung auf, und der Dreh­ schieber 16 wird gemäß dieser Phasenverschiebung angetrieben. Der Drehschieber 16 öffnet und schließt sich so, daß Hydrau­ liköl von der Ölpumpe 17 zu den einzelnen Ölkammern 25 und 26 des Hydraulikzylinders 22 gefördert wird und der Zahnstange 15 eine Lenkkraftunterstützungskraft gibt, um so eine erfor­ derliche Lenkkraftunterstützungskraft in Lenkrichtung vorzu­ sehen.

An der Außenperipherie eines unteren Teils der Eingangswelle 11 sind Reaktionskraftkolben 27 zum Ausüben einer Lenkreak­ tionskraft beim Lenken angeordnet, um die Lenkkraft (d. h. die Lenkreaktion) zu verstärken. Die Reaktionskraftkolben 27 spannen die Eingangswelle 11, gesteuert von einem Hydraulik­ drucksteuerventil 28, ein. D.h., die vorliegende Ausführungs­ form weist vier Einheiten der Reaktionskraftkolben 27 gleich­ mäßig beabstandet im Gehäuse 12 auf, so daß sie die Außen­ peripherie der Eingangswelle 11 umgeben, und an der Seite ihrer äußeren Enden sind Kammern 29 ausgebildet. Andererseits ist das Hydraulikdrucksteuerventil 28 im Gehäuse 12 seitlich entlang und parallel zur Eingangswelle 11 angeordnet. Im Hydraulikdrucksteuerventil 28 ist ein vertikal beweglicher Kolben 31 vorgesehen, der durch eine Feder 32 in einem oberen Teil nach unten vorgespannt ist. Ein Topfmagnet 33 ist an einer äußeren Peripherie des unteren Teils des Kolbens 31 vorgesehen, so daß der Topfmagnet 33, wenn er unter Strom gesetzt wird, eine nach oben wirkende axiale Kraft auf den Kolben 31 ausübt.

Der Kolben 31 weist ein Paar Öldurchgänge 34 und 35, die mit der Hydrauliköl-Abfuhrleitung 20 des Ölreservoirs 19 verbun­ den sind, einen ringförmigen Öldurchlaß 36 zur Verbindung mit der Hydrauliköl-Zufuhrleitung 18 der Ölpumpe 17, einen ring­ förmigen Öldurchlaß 38 zur Verbindung mit der Kammer 29 des Reaktionskraftkolbens 27 als Hydraulikzufuhr/abfuhrleitung 37, und einen Öldurchlaß 39 zur Verbindung der ringförmigen Öldurchlässe 36 und 38 miteinander auf. Also wird im Regel­ fall, wenn der Topfmagnet 33 nicht unter Strom steht, der Kolben 31 an seinem unteren Totpunkt stehen, und die Hydrau­ liköl-Zufuhrleitung 18 und der ringförmige Öldurchlaß 36 stehen-miteinander in Verbindung. Daraus ergibt sich, daß Hydrauliköl aus der Ölpumpe 17 durch die Hydrauliköl-Zufuhr­ leitung 18 in das Hydraulikdrucksteuerventil 28, und aus dem ringförmigen Öldurchlaß 38 durch den Öldurchlaß 39 und den ringförmigen Öldurchlaß 38 in die Kammer 29 des Reaktions­ kraftkolbens 27 gefördert wird. Andererseits, wenn der Topf­ magnet 33 unter Strom steht, steht der Kolben 31 an seinem oberen Totpunkt und die Hydrauliköl-Zufuhrleitung 18 und der ringförmige Öldurchlaß 36 sind nicht miteinander in Verbin­ dung. Daher wird auch kein Öl in das Hydraulikdrucksteuer­ ventil 28 gefördert.

Das Hydraulikdrucksteuerventil 28 wird von einer Steuerein­ heit (Control Unit - CU) 51 gesteuert. D.h., die Steuer­ einheit 51 ist mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 41, einem Lenkeinschlagwinkelsensor 52, einem Motordrehzahlsensor 42 und dergl. verbunden. Die Steuereinheit 51 weist eine Querbeschleunigungs-Berechnungseinheit 53 und eine Fuzzy­ logik-Berechnungseinheit 54 zum Einregeln des Soll-Lenk­ kraftunterstützungsanteils als Fuzzylogik-Berechnung auf. In der Steuereinheit 51 berechnet die Querbeschleunigungs- Berechnungseinheit 53 die Querbeschleunigung G_Y, der das Fahrzeug unterliegt, aus der Fahrzeuggeschwindigkeit V, die vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 41 eingegeben wird, und dem Lenkeinschlagwinkel ha, der vom Lenkeinschlagwinkelsensor 52 eingegeben wird. Ferner multipliziert die Querbeschleuni­ gungs-Berechnungseinheit 53 die Fahrzeuggeschwindigkeit V mit der berechneten Querbeschleunigung G_Y, um das Produkt V·G_Y zu erhalten, das an die Fuzzylogik-Berechnungseinheit 54 ausge­ geben wird. Die Fuzzylogik-Berechnungseinheit 54 führt die Fuzzylogik-Berechnung aus der Fahrzeuggeschwindigkeit V, die vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 41 eingegeben wird, und dem berechneten Wert V·G_Y, der von der Querbeschleunigungs- Berechnungseinheit 53 eingegeben wird, und gibt das Berech­ nungsresultat an das Hydraulikdrucksteuerventil 28 aus, so daß der an den Topfmagneten 33 angelegt Strom zur Steuerung des Topfmagneten 33 eingestellt wird.

In der Fuzzylogik-Berechnungseinheit 54 wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist, eine mitgliedschaftliche Funktion zum Festlegen einer Anpassung (Grad) des Fahrzustands aus der Fahrzeug­ geschwindigkeit V, und, wie in Fig. 3 gezeigt ist, eine mit­ gliedschaftliche Funktion zum Festlegen einer Anpassung des berechneten Werts V·G_Y als Produkt aus der Fahrzeuggeschwin­ digkeit V und der Querbeschleunigung G_Y angewandt, um eine Anpassung der Fahrzeuggeschwindigkeit V und eine Anpassung des berechneten Werts V·G_Y des Fahrzustands des Fahrzeugs zu erhalten. Aus diesen Anpassungen wird, wie in Fig. 4 gezeigt ist, ein Steuerbetrag, d.i. ein Lenkunterstützungsanteil unter Benutzung des Verfahrens des elastischen Mittelpunkts aus dem Graph, der einen trapezförmigen Satz enthält, zwecks Regelung der Stromstärke, die an den Topfmagneten 33 angelegt werden soll, bestimmt.

In der vorliegenden Ausführungsform sind als Fahrzustand drei Modi festgelegt, d. i. ein Niedriggeschwindigkeits-Modus für eine Fahrzeuggeschwindigkeit V von 0 bis 75 km/h, ein Mittel­ geschwindigkeits-Modus für 30-120 km/h, und ein Hochge­ schwindigkeits-Modus für mehr als 75 km/h, und eine Anpassung für jeden dieser Modi wird als Reaktion auf die Fahrzeug­ geschwindigkeit V festgelegt. Andererseits wird, wie in Fig. 4 gezeigt ist, die Auswertung des Lenkkraftunterstützungs­ anteils in drei Stufen unterteilt, S (small - klein), M (mittel) und B (big - groß), so daß der Lenkkraftunter­ stützungsanteil in der Bewertung auf 100%, und in der Be­ wertung B auf 0% festgelegt wird.

Dann werden die Lenkmodi und die Lenkkraftunterstützungsmodi so gemacht, daß sie einander entsprechen, so daß der Niedrig­ geschwindigkeits-Fahrmodus der Bewertung S des Unter­ stützungsanteils, der Mittelgeschwindigkeits-Fahrmodus der Bewertung M, und der Hochgeschwindigkeits-Fahrmodus der Be­ wertung B entsprechen. Das heißt, es wird eine Regel ange­ wandt, so daß, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V zunimmt, der Lenkkraftunterstützungsanteil abnimmt, um die Lenkung schwergängiger zu machen.

Ferner wird, wie in Fig. 3 gezeigt ist, die mitgliedschaft­ liche Funktion hinsichtlich des Produkts V·G_Y der Fahrzeug­ geschwindigkeit V und der Querbeschleunigung G_Y so einge­ stellt, daß die Anpassung als Reaktion auf eine Steigerung des berechneten Werts V·G_Y linear zunimmt bis in einen Be­ reich, in dem der berechnete Wert V·G_Y 0 bis 100 Gkm/h er­ reicht, und die Anpassung unabhängig vom berechneten Wert V·G_Y in einem Bereich festgelegt ist, wo der berechnete Wert V·G_Y mehr als 100 Gkm/h beträgt. Die mitgliedschaftliche Funktion betreffend den berechneten Wert V·G_Y wird so ge­ macht, daß sie der Bewertung B des Lenkkraftunterstützungs­ anteils gemäß der Anpassung entspricht. D.h. wenn der berech­ nete Wert V·G_Y zunimmt, nimmt der Lenkkraftunterstützungs­ anteil ab, um das Lenken schwergängiger zu machen.

Wie oben beschrieben, läßt sich der Soll-Lenkkraftunter­ stützungsanteil durch Anwendung des Verfahrens des elasti­ schen Mittelpunkts unter Verwendung des Graphen zum Verar­ beiten der Berechnung gemäß Fig. 4 aus der so ermittelten Anpassung der Fahrzeuggeschwindigkeit V und der Anpassung des berechneten Werts V·G_Y erhalten.

Hier, in der vorliegenden Ausführungsform der elektronisch gesteuerten Servolenkvorrichtung der obigen Beschreibung soll jetzt das Regelverfahren durch die Regeleinheit 51 unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm in Fig. 5 beschrieben werden.

Nehmen wir also Bezug auf Fig. 5; in Schritt S1 erfaßt zu­ nächst der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 41 die Fahrge­ schwindigkeit V des Fahrzeugs, gibt ein Fahrzeuggeschwindig­ keitssignal an die CU 51 (die Querbeschleunigungs-Berech­ nungseinheit 53 und die Fuzzylogik-Berechnungseinheit 54), und die Verarbeitung geht auf Schritt S2 über. In Schritt S2 erfaßt der Lenkeinschlagwinkelsensor 52 den Lenkeinschlag­ winkel des Fahrzeugs, gibt ein Lenkeinschlagwinkelsignal an die CU 51 (Querbeschleunigungs-Berechnungseinheit 53), und die Verarbeitung geht auf Schritt S3 über. In Schritt S3 wandelt die CU 51 die Analogsignale der Sensoren für die Fahrzeuggeschwindigkeit V und den Lenkeinschlagwinkel ha in Digitalsignale um, und die Querbeschleunigungs-Berechnungs­ einheit 53 berechnet die im Fahrzeug auftretende Querbe­ schleunigung G_Y aus der Fahrzeuggeschwindigkeit V und dem Lenkeinschlagwinkel ha. Ferner wird im Schritt S4 die Fahr­ zeuggeschwindigkeit mit der Querbeschleunigung G_Y multipli­ ziert, um das Produkt V·G_Y zu bestimmen.

In Schritt S5 bestimmt die Fuzzylogik-Berechnungseinheit 54 eine Anpassung gemäß dem Fahrzustand der Fahrzeuggeschwin­ digkeit V aus dem Gemeinschaftsgraphen laut Fig. 2, und be­ stimmt auch eine Anpassung gemäß dem Fahrzustand des Produkts V·G_Y aus dem Gemeinschaftsgraphen in Fig. 3. In Schritt S6 wird ein Soll-Lenkkraftunterstützungsanteil festgelegt gemäß dem Verfahren des elastischen Mittelpunkts unter Verwendung des Verarbeitungsgraphen in Fig. 4. Ferner wird in Schritt S7 der Soll-Lenkkraftunterstützungsanteil in den betreffenden Strom umgewandelt, der in den Topfmagneten 33 des Hydraulik­ drucksteuerventils 28 eingespeist wird, und in Schritt S8 wird dieser Strom zum Steuern des Lenkkraftunterstützungs­ anteils an einen Treiberkreis ausgegeben, d.i. an den Topf­ magneten 33 des Hydraulikdrucksteuerventils 28.

Jetzt soll die Fuzzylogik-Steuerung anhand eines wahren Zu­ stands des Fahrzeugs beschrieben werden unter Bezugnahme auf die Berechnung zum Festlegen des Lenkkraftunterstützungs­ anteils mit Hilfe des Verfahrens des elastischen Mittelpunkts gemäß Fig. 6 und Fig. 7. Nehmen wir z. B. einen Zustand an, in dem das Fahrzeug mit der Geschwindigkeit V = 75 km/h in Gera­ deausfahrt mit V = 60 km/h in eine Kurve geht. Dieser Zustand entspricht dem, in dem das Fahrzeug in die Kurve geht während es in den Mittelgeschwindigkeits-Modus hinein verzögert. In diesem Fall ist die Querbeschleunigung G_Y, solange das Fahr­ zeug mit einer Fahrgeschwindigkeit V = 75 km/h geradeaus fährt, gleich 0 G, und die Querbeschleunigung, wenn das Fahr­ zeug mit einer Fahrgeschwindigkeit V = 60 km/h in die Kurve einfährt, ist etwa 0,55 G.

Wie in Fig. 6 gezeigt wird, ist also bei einer Fahrzeug­ geschwindigkeit V = 75 km/h die Anpassung im Mittelgeschwin­ digkeits-Modus gleich 1, und die Bewertung des Lenkkraftun­ terstützungsanteils entsprechend dem Mittelgeschwindigkeits- Modus ist M. Weiter, da die Querbeschleunigung G_Y zu diesem Zeitpunkt 0 G ist, ist auch das Produkt V·G_Y gleich 0 G km/h, und die Anpassung ist 0. Andererseits, wie in Fig. 7 gezeigt wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V gleich 60 km/h ist, ist die Anpassung im Mittelgeschwindigkeits-Modus 0,67, und die Anpassung im Niedriggeschwindigkeits-Modus ist 0,33, die Bewertung des Lenkkraftunterstützungsanteils entsprechend der Mittelgeschwindigkeitsfahrt ist M, und die Bewertung des Lenkkraftunterstützungsanteils gemäß der Niedriggeschwindig­ keitsfahrt ist S. Wenn ferner die Querbeschleunigung G_Y zu diesem Zeitpunkt 0,55 G ist, ist das Produkt V·G_Y der Fahr­ zeuggeschwindigkeit V (60 km/h) und die Querbeschleunigung G_Y (0,55 G) ist gleich 33 Gkm/h, und die Anpassung ist 0,33.

Aus der Anpassung hinsichtlich der somit erhaltenen Fahrzeug­ geschwindigkeit V und des Produkts V·G_Y wird das Verfahren des elastischen Mittelpunkts angewandt. D.h. die Position des elastischen Mittelpunkts des Gesamtbereichs entsprechend der Anpassung wird so gelegt, daß es den Soll-Lenkkraftunter­ stützungsanteil erreicht. In Geradeausfahrt bei einer Fahr­ zeuggeschwindigkeit V = 75 km/h, wie in Fig. 6 gezeigt wird, ist die Bewertung des Lenkkraftunterstützungsanteils hin­ sichtlich der Fahrzeuggeschwindigkeit V gleich M, und ihre Anpassung ist 1, während der Wert hinsichtlich des Produkts V·G_Y gleich 0 ist. Also ist der Unterstützungsanteil 50%. Andererseits, beim Kurvenfahren mit einer Fahrzeuggeschwin­ digkeit V = 60 km/h, wie in Fig. 7 gezeigt wird, ist die Bewertung des Lenkkraftunterstützungsanteils hinsichtlich der Fahrzeuggeschwindigkeit V gleich m, und seine Anpassung ist 0,67, und die Anpassung ist 0,33 bei der Bewertung S, der Bewertung des Lenkkraftunterstützungsanteils hinsichtlich des Produkts V·G_Y ist 0,33. Daher ist der Unterstützungsanteil 50%.

Wie schon oben beschrieben, bleibt der Lenkkraftunter­ stützungsanteil der Servolenkung unverändert bei 50% wenn das Fahrzeug aus einer Geradeausfahrt bei V = 75 km/h mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit V = 60 km/h in die Kurve geht, weil zwar die Fahrzeuggeschwindigkeit V abnimmt, aber die Querbe­ schleunigung G_Y zunimmt. Das heißt, wenn das Fahrzeug ab­ bremst, wird, obwohl jetzt die Fahrgeschwindigkeit V abnimmt, im allgemeinen der Lenkkraftunterstützungsanteil zunehmen, um das Lenken zu erleichtern. Im vorliegenden Fall jedoch macht sich die Querbeschleunigung G_Y bemerkbar, weil das Fahrzeug in eine Kurve geht, und das Drehen des Lenkrads kann schwerer werden. Wenn also in der vorliegenden Ausführungsform die im Fahrzeug auftretende Querbeschleunigung G_Y als gemeinschaft­ liche Funktion in Abhängigkeit von einer Veränderung der Querbeschleunigung G_Y auftritt, um den Lenkkraftunter­ stützungsanteil in der Servolenkung zu verringern, wird das Lenken etwas schwergängiger als sonst.

Wenn das Fahrzeug in eine Kurve geht während es beschleunigt, wird nun, weil die Fahrgeschwindigkeit V des Fahrzeugs zu­ nimmt und auch die Querbeschleunigung G_Y infolge der Be­ schleunigung zunimmt, der Lenkkraftunterstützungsanteil der Servolenkung noch weiter verringert und die Lenkung wird schwergängiger.

Weil nun, wie oben beschrieben, in der elektronisch gesteuer­ ten Servolenkung der vorliegenden Ausführungsform, zusätzlich zu einer Änderung der Fahrgeschwindigkeit V des Fahrzeugs auch das Produkt V·G_Y aus Fahrgeschwindigkeit V und Querbe­ schleunigung G_Y als gemeinschaftliche Funktion zur Regelung des Lenkkraftunterstützungsanteils als Reaktion auf die ge­ meinschaftliche Funktion gemäß einer Fuzzylogik-Regel auf­ tritt, wird, wenn das Fahrzeug in eine Kurve geht, die Quer­ beschleunigung G_Y (Lenkeinschlagwinkel) zunehmen, um den Lenkkraftunterstützungsanteil zu reduzieren, und das Lenkrad wird entsprechend schwergängiger. Daher kann der Fahrer, auch wenn sich die Fahrgeschwindigkeit ändert, wenn das Fahrzeug in die Kurve geht, das Lenkrad betätigen, wobei er tatsäch­ lich das Fahren in die Kurve fühlt. Ferner ist die gemein­ schaftliche Funktion zur Verzögerung der Querbeschleunigung G_Y versehen mit einem Lenklinearitätsbereich, in dem sich die Anpassung linear zur Querbeschleunigung G_Y verändert, und daher bleibt die Linearität der Lenkung gewahrt.

Da die elektronisch gesteuerte Servolenkung der vorliegenden Ausführungsform das Produkt V·G_Y aus Fahrzeuggeschwindigkeit V und Querbeschleunigung G_Y als gemeinschaftliche Funktion zum Steuern des Lenkkraftunterstützungsanteils verwendet, ist, auch wenn der Lenkeinschlagwinkel abnimmt und so die Querbeschleunigung G_Y beim Fahren des Fahrzeugs mit hoher Geschwindigkeit verringert wird, die Fahrgeschwindigkeit V des Fahrzeugs groß genug. Damit verringert sich das Produkt V·G_Y nicht wesentlich, der Soll-Lenkkraftunterstützungsanteil nimmt nicht merklich zu und das Lenkrad wird nicht so sehr viel schwergängiger. Daher ist das Lenkgefühl bei hoher Fahr­ zeuggeschwindigkeit hinreichend gewahrt und eine verbesserte Lenkstabilität wird erzielt.

Ferner wird, da bei der elektronisch gesteuerten Servolenkung gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Lenkkraftunter­ stützungsanteil gemäß zwei Fuzzylogik-Regeln geregelt, d. h. eine Fuzzylogik-Regel, wonach der Lenkkraftunterstützungs­ anteil abnimmt, um das Lenkrad schwergängiger zu machen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V zunimmt, und die Fuzzylogik- Regel, wonach der Lenkkraftunterstützungsanteil abnimmt, um das Lenkrad schwergängiger zu machen, wenn das Produkt V·G_Y zunimmt, eine feinere Regelung mit weniger Regeln ermöglicht.

Die elektronisch gesteuerte Servolenkung gemäß der vorlie­ genden Ausführungsform in Anwendung auf das Fahrzeug wird jetzt im Hinblick auf Lenkkraft und Lenkgefühl durch prakti­ sche Tests geprüft. Die Lenklinearitäts-Charakteristik ist im Graph in Fig. 8 dargestellt. In Fig. 8 ist der Lenkradein­ schlagswinkel auf der Abszisse aufgetragen, die Lenkkraft auf der Ordinate. Die voll durchgezeichnete Linie zeigt die Cha­ rakteristik der elektronisch gesteuerten Servolenkung (EPS) der vorliegenden Ausführungsform, und die gestrichelte Linie zeigt die Charakteristik einer herkömmlichen elektronisch gesteuerten Servolenkung (EPS).

In Fig. 8 entnimmt man der voll durchgezeichneten Kurve, daß die EPS der vorliegenden Ausführungsform über einen weiten Bereich mit großem Lenkeinschlagwinkel eine verhältnismäßig lineare Lenk-Charakteristik zeigt, in dem der Lenkeinschlag­ winkel groß ist und dementsprechend in einem Bereich liegt, in dem die auf das Fahrzeug einwirkende Querbeschleunigung G_Y groß ist, verglichen mit der herkömmlichen elektronisch ge­ steuerten Servolenkung.

Eine solche lineare Lenk-Charakteristik wird erreicht im Lenkeinschlagwinkelbereich der Gemeinschaftsfunktion betref­ fend die Querbeschleunigung G_Y. Ferner zeigt der Graph einen steil ansteigenden Gradienten in der Nähe der neutralen Lenk­ stellung im Vergleich zur herkömmlichen EPS. Dementsprechend wird das Lenkgefühl in der Neutralstellung verstärkt, und das führt somit zu einem verbesserten Lenkgefühl.

In der obigen Ausführungsform wurde die elektronisch gesteu­ erte Servolenkung als hydraulischer Typ beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungs­ form beschränkt; ähnliche Wirkungen lassen sich alternativ auch bei elektrisch betriebenen Servolenkungen erzielen, bei denen die Lenkkraft durch einen Motor erzeugt wird. Ferner ist das mechanische System der geregelten Servolenkung nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt, sie läßt sich auch auf andere Servolenkungstypen anwenden.

In der obigen Ausführungsform ist ferner die Steuereinheit 51 mit der Querbeschleunigungs-Berechnungseinheit 53 ausge­ rüstet, die die auf das Fahrzeug einwirkende Querbeschleuni­ gung G_Y aus der Fahrzeuggeschwindigkeit V, die von Fahrzeug­ geschwindigkeitssensor 41 eingegeben wird, und dem Lenkein­ schlagwinkel ha, der vom Lenkeinschlagwinkelsensor 52 einge­ geben wird, berechnet. Als Alternative kann jedoch auch ein Querbeschleunigungssensor im Fahrzeug vorgesehen sein, der die Querbeschleunigung G_Y direkt mißt. Ferner wird die Bewer­ tung der Gemeinschaftsfunktion für das Produkt V·G_Y aus der Fahrgeschwindigkeit V und der Querbeschleunigung G_Y berechnet und der Lenkkraftunterstützungsanteil wird individuell in drei Stufen unterteilt. Er kann jedoch auch beispielsweise in fünf Stufen unterteilt werden. Der Lenkkraftunterstützungs­ anteil wird bestimmt nach dem Verfahren des elastischen Mit­ telpunkts. Das kann aber auch auf andere Weise, z. B. nach dem Verfahren gemäß dem maximalen Durchschnitt, der Höhenmethode (Skelettmethode), oder der Flächenmethode bestimmt werden.

In der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Soll-Lenk­ kraftunterstützungsanteil gemäß einer Fuzzylogik-Regel von der Steuereinheit (Soll-Lenkkraftunterstützungsanteil-Ein­ stellvorrichtung) 51 festgelegt, er kann aber auch durch eine andere Steuervorrichtung festgelegt werden.

Wie oben unter Bezugnahme auf die Ausführungsform in Einzel­ heiten beschrieben ist, wird im erfindungsgemäßen Steuer­ system und Steuerverfahren für eine Servolenkung die Fahr­ zeuggeschwindigkeit durch die Fahrzeuggeschwindigkeits­ erfassungsvorrichtung und die Querbeschleunigung des Fahr­ zeugs durch die Querbeschleunigungserfassungsvorrichtung erfaßt, und der Regler errechnet den Lenkkraftunterstützungs­ anteil unter Verwendung des Produkts aus Fahrgeschwindigkeit und Querbeschleunigung des Fahrzeugs als Eingabefaktoren, die Lenkkraft läßt sich auch als Reaktion auf die Kurvenbedin­ gungen zwecks Verbesserung des Lenkgefühls regeln. Damit wird eine optimale Lenkcharakteristik gemäß dem Fahr- und Kurven­ zustand des Fahrzeugs erzielt. Ferner, da das Produkt aus Fahrzeuggeschwindigkeit und Querbeschleunigung als Eingangs­ bedingung benutzt wird, läßt sich die Stabilität des Lenk­ vorgangs bei Hochgeschwindigkeit des Fahrzeugs verbessern.

Ferner wird mit der vorliegenden Erfindung, weil der Regler den Soll-Lenkkraftunterstützungsanteil gemäß einer Fuzzy­ logik-Regel aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Produkt aus Fahrgeschwindigkeit und Querbeschleunigung als Eingangs­ variable festsetzt, eine Feinregelung der Lenkung mit weniger Regeln möglich. Das Lenkgefühl einer gut-ausgeglichenen Sta­ bilität und Bedienfreundlichkeit läßt sich erreichen als Reaktion auf die Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Lenklinearität wird erhöht, so daß der Fahrer den Fahrzustand des Fahrzeugs erfaßt und so die Lenkcharakteristik verbessert wird.

Ferner setzt bei der vorliegenden Erfindung der Regler den Soll-Lenkkraftunterstützungsanteil gemäß der Fuzzylogik-Regel unter Verwendung einer gemeinschaftlichen Funktion zur Bewer­ tung der Fahrzeuggeschwindigkeit und einer anderen Gemein­ schaftsfunktion zur Bewertung des Produkts aus Fahrzeug­ geschwindigkeit und Querbeschleunigung ein, so daß sich der Soll-Lenkkraftunterstützungsanteil in Reaktion auf eine Er­ höhung der Fahrzeuggeschwindigkeit in Reaktion auf eine Stei­ gerung des Produkts aus Fahrzeuggeschwindigkeit und Querbe­ schleunigung verringert. Somit, da der Lenkkraftunter­ stützungsanteil bei Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit und der Querbeschleunigung des Fahrzeugs abnimmt, wird die Lenk­ charakteristik bei Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit schwergängiger im Sinne eines stabilen Lenkgefühls und die Lenkcharakteristik wird bei schärferem Kurveneinschlag schwergängiger, so daß ein stabiles Lenkgefühl in Überein­ stimmung mit dem Lenkeinschlag beibehalten wird.

Bei der vorliegenden Erfindung, da die Querbeschleunigung gemäß den Rechenergebnissen des Fahrzeuggeschwindigkeits­ sensors und des Lenkeinschlagwinkelsensors des Fahrzeugs bestimmt wird und es somit nicht erforderlich ist, daß zu­ sätzliche Teile zu den bereits vorhandenen Teilen zur Erfas­ sung der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkeinschlagwinkels eingebaut werden müssen, ermäßigen sich auch die Kosten für die Servolenkung.

Die Erfindung wurde zwar wie oben dargestellt beschrieben, jedoch sind selbstverständlich zahlreiche Abänderungen mög­ lich ohne von Umfang und Wesensart der Erfindung abzuweichen. Alle für den Fachmann ersichtlichen Abänderungen gelten daher in den Umfang der nachstehenden Ansprüche als aufgenommen.

Claims (12)

1. Ein Steuersystem für eine Servolenkvorrichtung, die einen Lenkkraftunterstützungsanteil eines Lenkmechanismus für ein Fahrzeug regelt, enthaltend:
Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungsmittel (41) zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit (V);
Querbeschleunigungs-Erfassungsmittel (53) zum Erfassen oder Abschätzen einer auf das Fahrzeug wirkenden Querbeschleuni­ gung (G_Y); und
Einstellmittel (54) zum Einstellen des Soll-Lenkkraftunter­ stützungsanteils unter Verwendung des Produkts (V·G_Y) aus Fahrzeuggeschwindigkeit (V) und Querbeschleunigung (G_Y) als Eingabefaktor, so daß der Soll-Lenkkraftunterstützungsanteil abnimmt, wenn das Produkt zunimmt.

2. Ein Steuersystem für eine Servolenkvorrichtung gemäß Anspruch 1, in dem das Mittel zum Einstellen des Soll-Lenk­ kraftunterstützungsanteils (54) den Soll-Lenkkraftunter­ stützungsanteil auf einen festen Wert einstellt, ungeachtet einer Veränderung des Produkts (V·G_Y) in einem Bereich, in dem das Produkt (V·G_Y) nicht weniger als einen vorbestimmten Wert beträgt.

3. Ein Steuersystem für eine Servolenkvorrichtung gemäß Anspruch 1, in dem das Mittel zum Einstellen des Soll-Lenk­ kraftunterstützungsanteils (54) den Soll-Lenkkraftunter­ stützungsanteil unter Verwendung der Fahrzeuggeschwindigkeit (V) und des Produkts (V·G) gemäß einer Fuzzylogik-Regel ein­ stellt.

4. Ein Steuersystem für eine Servolenkvorrichtung gemäß Anspruch 3, in dem das Mittel zum Einstellen des Soll-Lenk­ kraftunterstützungsanteils (54) den Soll-Lenkkraftunter­ stützungsanteil gemäß einer Fuzzylogik-Regel unter Verwendung einer gemeinschaftlichen Funktion zur Bewertung der Fahrge­ schwindigkeit (V) des Fahrzeugs und einer anderen gemein­ schaftlichen Funktion zur Bewertung des Produkts (V·G_Y) der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und der Querbeschleunigung des Fahrzeugs einstellt, so daß der Soll-Lenkkraftunter­ stützungsanteil als Reaktion auf eine Erhöhung der Fahrge­ schwindigkeit (V) des Fahrzeugs und gemäß einer Fuzzylogik- Regel abnimmt während der Lenkkraftunterstützungsanteil in Reaktion auf eine Erhöhung des Produkts (V·G_Y) aus Fahrge­ schwindigkeit und Querbeschleunigung abnimmt.

5. Ein Steuersystem für eine Servolenkvorrichtung gemäß Anspruch 1, in dem das Mittel zum Erfassen der Querbe­ schleunigung die Querbeschleunigung (G_Y) aus den Erfassungs­ ergebnissen des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors (41) und des Lenkeinschlagwinkelsensors (52), die im Fahrzeug vorgesehen sind, berechnet.

6. Ein Steuersystem für eine Servolenkvorrichtung gemäß Anspruch 1, in dem das Mittel zum Erfassender Querbeschleu­ nigung ein Querbeschleunigungssensor zum direkten Erfassen der auf das Fahrzeug einwirkenden Querbeschleunigung (G_Y) ist.

7. Ein Steuerverfahren zum Steuern einer Servolenkvorrich­ tung zum Regeln eines Lenkkraftunterstützungsanteils in einem Lenkmechanismus eines Fahrzeug gemäß einem Soll-Lenkkraftun­ terstützungsanteil, unter Verwendung des Produkts aus einer erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeit und einer erfaßten oder abgeschätzten auf das Fahrzeug einwirkenden Querbeschleuni­ gung als Eingabefaktor, so daß der Soll-Lenkkraftunter­ stützungsanteil abnimmt als Reaktion auf eine Erhöhung des Produkts aus Fahrgeschwindigkeit und Querbeschleunigung.

8. Ein Steuerverfahren zum Steuern einer Servolenkvor­ richtung gemäß Anspruch 7, in dem der Soll-Lenkkraftunter­ stützungsanteil unabhängig von einer Änderung im Produkt in einem Bereich, in dem das Produkt nicht unter einen vorge­ gebenen Wert absinkt, auf einen festen Wert eingestellt ist.

9. Ein Steuerverfahren zum Steuern einer Servolenk­ vorrichtung gemäß Anspruch 7, in dem der Soll-Lenkkraftunter­ stützungsanteil unter Verwendung der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Produkts als Eingabevariabler gemäß einer Fuzzylogik- Regel eingestellt wird.

10. Ein Steuerverfahren zum Steuern einer Servolenk­ vorrichtung gemäß Anspruch 9, in dem der Soll-Lenkkraftunter­ stützungsanteil gemäß einer Fuzzylogik-Regel eingestellt wird unter Verwendung einer gemeinschaftlichen Funktion zur Bewer­ tung der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und einer anderen gemeinschaftlichen Funktion zur Bewertung des Produkts aus der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und der Querbeschleuni­ gung des Fahrzeugs, so daß der Soll-Lenkkraftunterstützungs­ anteil als Reaktion auf eine Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs gemäß einer Fuzzylogik-Regel vermindert wird, wobei der Lenkkraftunterstützungsanteil als Reaktion auf eine Erhöhung des Produkts aus Fahrgeschwindigkeit und Quer­ beschleunigung abnimmt.

11. Ein Steuerverfahren zum Steuern einer Servolenk­ vorrichtung gemäß Anspruch 7, in dem die Querbeschleunigung durch Berechnen gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Lenkradeinschlagswinkel bestimmt wird.

12. Ein Steuerverfahren zum Steuern einer Servolenk­ vorrichtung gemäß Anspruch 7, in dem die Querbeschleunigung durch direktes Erfassen der auf das Fahrzeug einwirkenden Querbeschleunigung bestimmt wird.