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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Servolenkungseinheit
für ein
Fahrzeug, die Lenkvorgänge
eines Lenkrades durch den rotierenden Betrieb eines Elektromotors
unterstützt.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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In
der
Japanischen Patentanmeldungsoffenlegungsschrift
Nr. 10-157636 ist eine elektrische Servolenkungseinheit
für ein
Fahrzeug offenbart, die eine Unterstützungskraft bezüglich dem
Drehvorgang eines Lenkrades durch Steuern der Rotationskraft eines
Elektromotors gemäß dem erfassten Lenkmoment
anlegt. Diese Einheit dient dazu, eine aufgrund einer Trägheitskraft
des Elektromotors bei dem Start eines Drehvorgangs des Lenkrades
oder des Lenkmoments aufgrund von Reibung zu kompensieren. Dies
kann durchgeführt
werden, indem ein gesteuerter Umfang, der den Differenzialwert,
der durch das Lenkmoment abgegrenzt ist, an das Lenkmoment addiert
wird, was andererseits vermieden würde.
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Bei
der vorstehend erwähnten
elektrischen Servolenkungseinheit wird, je schneller das Lenkrad rotierend
betrieben wird, desto mehr wird die Lenkunterstützungskraft durch den Elektromotor
aufgrund einer Erhöhung
des Differenzialwertes des Lenkmoments erhöht. Demzufolge kann der Fahrer
im Wesentlichen unterschiedliche Reaktionskräfte bezüglich eines Lenkvorgangs erhalten,
abhängig
davon, ob das Lenkrad bei niedrigen Geschwindigkeiten oder bei hohen
Geschwindigkeiten gedreht wird. Solch eine Differenz bei der Lenkreaktionskraft,
die durch den Fahrer empfangen wird, kann das Lenkgefühl für den Fahrer
verschlechtern. Ein entgegengesetzter Drehvorgang des Lenkrades
kann einen Zustand erzeugen, indem zwei Steuerumfänge entsprechend
dem Lenkmoment und dem Differenzialwert des Lenkmoments entgegengesetzte
Vorzeichen aufweisen, wobei jede in entgegengesetzte Richtungen
wirken. Daher fühlt
der Fahrer nicht die Reaktionskraft, die erwartet wird, aufgrund
eines normalen Lenkvorgangs des Lenkrades gefühlt zu werden, oder das betätigte Lenkrad
kann rapide auf die Ausgangsposition zurückkehren. Auch in diesem Fall kann
ein gutes Lenkgefühl
nicht erhalten werden.
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Die
Druckschrift des Standes der Technik,
EP 0 350 818 A , offenbart eine Servolenkungsvorrichtung
und einen Drehdetektor, der dafür
verwendet wird, wobei eine Drehposition eines Motors der Servolenkungsvorrichtung
erfasst wird. Als weitere Basisoperation werden Parameter einer
Fahrzeuggeschwindigkeit sowie ein Lenkmoment abgetastet, und entsprechende
Signale, die diese Operationsparameter angeben, werden für eine weitere
Datenevaluierung bereitgestellt. Der Motor wird mit einem Ansteuerstrom
entsprechend dem erfassten Lenkmoment zum Unterstützen der
Lenkkraft betrieben, und insbesondere wird ein Stromwert auf der
Basis einer Winkelgeschwindigkeit des Lenkmechanismus, der mittels
einer Winkelgeschwindigkeitserfassungseinrichtung erfasst wird,
bestimmt, und ein für
den an den Lenkmechanismus gekoppelten Motor einzustellender Endstrom
wird durch Korrigieren des Ansteuerstroms durch den spezifischen
Stromwert, der von der erfassten Winkelgeschwindigkeit erhalten
wird, definiert. Wenn sich das Lenkmoment innerhalb einer Totzone
befindet, wird die Servolenkung gesteuert, um ein stabilisiertes
Lenken in der Umgebung des Lenkwinkelmittelpunkts zu erhalten. Es
ist ebenso eine Steuerung bereitgestellt, um die Drehung des Lenkrades
durch den Fahrer des Fahrzeugs weiter zu bearbeiten, um ein angemessenes
Zurückkehren des
Lenkrades in Verbindung mit einer Rückkehrsteuerung durchzuführen.
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Weiterhin
offenbart die Druckschrift des Standes der Technik,
EP 0 718 174 A2 , eine elektrische
Servolenkungsvorrichtung, wobei ein Elektromotor bereitgestellt
ist, um das durch einen Momentensensor erfasste Lenkmoment zu unterstützen. Der Elektromotor
wird auf der Basis eines PWM-modulierten Steuersignals gesteuert.
Die Winkelgeschwindigkeit des Motors wird über eine Winkelgeschwindigkeitsabschätzeinrichtung,
basierend auf eine Ansteuerspannung, die an den Motor angelegt wird,
abgeschätzt,
und ein Stromzielwert des Motors wird basierend auf die geschätzte Winkelgeschwindigkeit definiert.
Die Winkelgeschwindigkeit des Motors wird auf Basis der an dem Motor
angelegten Spannung nach Entfernen der Rechteck-Wellenkomponente
erfasst. Das Trägheitsmoment
wird auf Basis der Motorwinkelbeschleunigung kompensiert, die durch
Differenzieren der abgeschätzten
Motorwinkelgeschwindigkeit abgeschätzt wird.
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Letztlich
offenbart die Druckschrift des Standes der Technik,
US 5 600 559 A , eine elektrische Servolenkungsvorrichtung,
wobei bestimmt wird, ob ein Lenkmoment sich innerhalb eines Antriebssperrbereichs
befindet. Ein Momentensensor ist zum Erfassen eines Lenkmoments
bereitgestellt, und ein Motor dient zum Unterstützen des Lenkvorgangs. Unter
bestimmten Bedingungen sperrt die Antriebssperreinrichtung den Antrieb
des Motors zur Lenkunterstützung,
nachdem eine vorbestimmte Zeitperiode über einen Timer bzw. Zeitgeber
bestimmt wird. Eine Kompensation der Trägheit des Motors wird auch
für ein
kleines Lenkmoment gesteuert. Insbesondere wird erfasst, ob das
Lenkmoment sich in einer Totzone befindet, in der das Moment annähernd gleich
Null ist. Der Antrieb des Motors kann auch in der Totzone des erfassten
Lenkmoments bei dem Zurückdrehen des
Lenkrades in seine Ausgangsposition gesteuert werden, und eine Kompensation
der Trägheit
wird ebenso gesteuert.
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Die
gegenwärtige
Erfindung wurde mit Hinblick auf die vorstehenden Nachteile des
Standes der Technik gemacht. Es ist eine Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung,
eine elektrische Servolenkungseinheit bereitzustellen, die ein gutes
Lenkgefühl
für den Fahrer
beibehält.
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Gemäß der gegenwärtigen Erfindung
wird diese Aufgabe durch eine elektrische Servolenkungseinheit für ein Fahrzeug
erfüllt,
wie diese in den anhängenden
Ansprüchen
dargelegt ist.
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Die
elektrische Servolenkungseinheit gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung
ist mit einem Elektromotor, der eine Unterstützungskraft bezüglich einem
Drehvorgang eines Lenkrades aufbringt, einem Lenkmomentdetektor,
der einen Lenkmoment erfasst, und einer Trägheitskompensationssteuerumfangserzeugungseinrichtung
zum Erzeugen eines Anfangsträgheitskompensationsumfangs,
um die Trägheitskraft
des Elektromotors auszugleichen und eine Rotationskraftsteuereinrichtung
zum Steuern der Rotationskraft des Elektromotors basierend auf dem erfassten
Lenkmoment und einer korrigierten Anfangsträgheitskompensationssteuerumfangs, ausgestattet.
Sie ist weiterhin mit einer Lenkgeschwindigkeitserfassungseinrichtung
zum Erfassen der Lenkgeschwindigkeit des Lenkrades, und einer Korrektureinheit
zum Korrigieren des Anfangsträgheitskompensationssteuerumfangs
gemäß einer
erfassten Lenkgeschwindigkeit des Lenkrades, ausgestattet.
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Gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung korrigiert die Korrektureinrichtung den Anfangsträgheitskompensationssteuerumfang,
um die Trägheitskraft
des Elektromotors gemäß der Lenkgeschwindigkeit
des Lenkrades, die durch einen Lenkgeschwindigkeitsdetektor erfasst
wurde, auszugleichen. Diese Korrektureinrichtung kann zum Beispiel den
Anfangsträgheitskompensationssteuerumfang korrigieren,
um mit einer Erhöhung
der erfassten Lenkgeschwindigkeit des Lenkrades abzunehmen. Dies
ermöglicht
das Lösen
des Problems einer Verschlechterung des Lenkgefühls, die aus einer variablen
Drehgeschwindigkeit des Lenkrades resultiert, wodurch ein gutes
Lenkgefühl
für den
Fahrer beibehalten wird.
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In
dem vorstehenden Fall kann die Lenkgeschwindigkeit des Lenkrades
gemäß den Ausgaben von
einem Sensor erfasst werden, der den Drehwinkel des Lenkrades erfasst,
und an der Lenkwelle angebracht ist. Alternativ ist es ebenso möglich, die Lenkgeschwindigkeit
durch Berechnen zu erhalten, basierend auf der Anschlussspannung
des Elektromotors, der sich integral mit dem Lenkrad dreht, und dem
Ansteuerstrom für
den Elektromotor. Gemäß diesem
Verfahren kann der vorstehende Sensor weggelassen werden, wodurch
die Kosten zur Herstellung der elektrischen Servolenkungseinheit
reduziert werden.
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Eine
elektrische Servolenkungseinheit gemäß einem zweiten Aspekt der
Erfindung umfasst eine Beschränkungseinrichtung
zum Beschränken des
Trägheitskompensationssteuerumfangs,
wenn das erfasste Lenkmoment und der Trägheitskompensationssteuerumfang
in entgegengesetzte Richtungen wirken. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung gleichen
sich das Lenkmoment und der Trägheitskompensationssteuerumfang
einander niemals während
eines entgegengesetzten Lenkvorgangs des Lenkrades aus. Daher fühlt der
Fahrer niemals einen Mangel einer Reaktionskraft von einem Lenkvorgang des
Lenkrades, und eine schnelle Bewegung des zurückdrehenden Lenkrades wird
verhindert, wodurch ein gutes Lenkgefühl für den Fahrer beibehalten wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die
anhängenden
Zeichnungen ersichtlich, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf
gleiche Elemente beziehen, und in denen gilt:
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1 ist
eine schematische Illustration, die den Aufbau einer elektrischen
Servolenkungseinheit gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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2 ist
ein detailliertes Blockdiagramm der in 1 gezeigten
elektrischen Steuereinrichtung;
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3 ist
eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen einem Steuermoment
und einem Befehlsstromwert zeigt;
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4 ist
eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen einem Differenzialwert
des Lenkmoments und einem Trägheitskompensationssteuerumfang
zeigt;
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5 ist
eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und
der Fahrzeuggeschwindigkeitszunahme zeigt;
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6 ist
eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Lenkgeschwindigkeit
(Rotationswinkelgeschwindigkeit des Motors) und der Lenkgeschwindigkeitszunahme
zeigt; und
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7 ist
ein detailliertes Blockdiagramm eines modifizierten Beispiels der
in 1 gezeigten elektrischen Steuereinrichtung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der gegenwärtigen Erfindung
beschrieben. 1 zeigt schematisch eine elektrische
Servolenkungseinheit für
ein Fahrzeug gemäß diesem
Ausführungsbeispiel.
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Die
elektrische Servolenkungseinheit ist mit einem Elektromotor 14,
der an einer Lenkwelle 13 befestigt ist, die einen Drehvorgang
eines Lenkrades 11 nach links und rechts über ein
Zahnstangen- und Ritzelmechanismus 12 überträgt, ausgestattet. Dieser Elektromotor 14 ist
ein D.C.-Motor und bringt eine Unterstützungskraft bezüglich dem
Drehvorgang des Lenkrades 11 gemäß der Drehung davon auf. Diese Drehung
wird an die Lenkwelle 13 über eine Untersetzungseinheit 15 übertragen.
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Eine
elektrische Steuervorrichtung 20 ist elektrisch mit dem
Elektromotor 14 verbunden, um den Drehvorgang davon gemäß mit Erfassungsausgaben
von einem Lenkmomentsensor 21 und einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 22 zu
steuern. Der Lenkmomentsensor 21 ist an der Lenkwelle 13 angebracht,
und erfasst ein Lenkmoment (Lenkreaktionskraft) TM, das auf das
Lenkrad 11 und die Lenkwelle 13 während eines
Drehvorgangs des Lenkrades 11 wirkt. Ein in dem Lenkrad 11 und
der Lenkwelle 13 bei Rotieren des Lenkrades 11 erzeugtes
Lenkmoment TM weist im Uhrzeigersinn ein positives Vorzeichen auf.
Unterdessen weist das in dem Lenkrad 11 und der Lenkwelle 13 bei
Drehen des Lenkrades 11 entgegen der Uhrzeigerrichtung
erzeugtes Lenkmoment TM ein negatives Vorzeichen auf. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 22 erfasst
eine Fahrzeuggeschwindigkeit V.
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Unter
Bezugnahme auf 2 besteht die elektrische Steuereinrichtung 20 aus
einer Antriebsschaltung 30 zum Antreiben des Elektromotors 14 und
einer Steuerschaltungseinheit 40 zum Steuern der Ansteuerschaltung 30.
Die Ansteuerschaltung 30 ist auf einer Brückenschaltung
ausgebildet, die durch vier Schaltelemente 31 bis 34 definiert
ist, wobei jedes davon zum Beispiel ein FET ist. Eines eines Paars
von entgegengesetzten Anschlüssen
der Umschaltelemente 31, 32 ist mit einem positiven
Spannungsanschluss (+) einer Batterie über einen Messwiderstand 35 verbunden.
Ein negativer Spannungsanschluss (–) der Batterie 36 ist
geerdet. Eines eines Paars von gegenüberliegenden Anschlüssen von Schaltelementen 33, 34 ist über einen
Messwiderstand 37 geerdet. Die anderen Anschlüsse der
Schaltelemente 31 bis 34 sind entsprechend mit
beiden Anschlüssen
des Elektromotors 14 verbunden.
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Die
Steuerschaltungseinheit 40 ist aus einem Mikrocomputer
und seinen peripheren Schaltungen aufgebaut, und wird nach Empfang
von Energie aktiviert, die von der Batterie 36 zugeführt wird.
Diese Steuerschaltungseinheit 40 realisiert die verschiedenen
beschriebenen Funktionen durch eine Programmierung, die anhand des
Funktionsblockdiagramms in 2 dargestellt
werden.
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Das
durch den Lenkmomentsensor 21 erfasste Lenkmoment TM wird
in einen Antriebssteuerbereich 44 über einen Phasenkompensationsteil 41, einen
Addiererteil 42 und einem Momentsteuerstromwertkonvertierungsteil 43 eingegeben.
Der Phasenkompensierungsteil 41 dient dazu, zu verhindern,
dass der Lenksystembetrieb aufgrund von einer Vibration unstabil
wird, der die Phase von Elementen bei einem vorbestimmten Frequenzband (zum
Beispiel ungefähr
10 bis 30 Hz) anhebt, die in dem Signal enthalten sind, die das
Lenkmoment TM angeben. Der Momentbefehlsstromwertkonvertierteil 43 konvertiert
ein eingegebenes Steuermoment TM* in einen Befehlsstromwert I*,
der gemäß den Eigenschaften
basierend auf der durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 22 erfassten
Fahrzeuggeschwindigkeit V auszugeben ist, unter Verwenden eines
Konvertiertabelle oder einer Operationsverarbeitung. Mit Bezugnahme
auf den Graphen von 3 sind die vorstehenden Konvertiereigenschaften
so eingestellt, dass der Befehlsstromwert I* mit einem Anstieg des
Eingabebefehlsmoments TM* ansteigt, und mit einem Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeit V
abfällt.
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Der
Ansteuersteuerbereich 44 berechnet I* – Im, die Differenz zwischen
dem Befehlsstromwert I* und dem Ansteuerstrom Im des Motors 14,
der durch einen Stromerfassungsteil 65 (später beschrieben) erfasst
wird, der zur Rückkopplungssteuerung
eingegeben wird. Er bildet ein Steuersignal unter einer PID-Steuerung
durch Verwenden der berechneten Differenz I* – Im. Der Ansteuersteuerbereich 44 besitzt
eine Pulsbreitenmodulations-(PWM)-Funktion zum Zuführen von
pulsweitenmodulierten Pulsfolgensignalen gemäß dem Steuersignal an die Schaltelemente 31 bis 34,
um EIN/AUS-geschaltet
zu werden. Der Ansteuerstrom Im, der zu dem Befehlsstromwert I* äquivalent
ist, wird dem Elektromotor 14 zugeführt, um ein Moment, das zu
dem Befehlsmoment TM* äquivalent
ist, zu erzeugen. Normalerweise rotiert der Elektromotor 14,
um ein Lenken des Lenkrades 11 im Uhrzeigersinn zu unterstützen, wenn
die Schaltelemente 31, 34 EIN/AUS-gesteuert werden.
Der Elektromotor 14 rotiert entgegengesetzt, um ein Lenken
des Lenkrades 11 gegen den Uhrzeigersinn zu unterstützen, wenn
die Schaltelemente 32, 33 EIN/AUS-gesteuert werden.
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Ein
Addiererteil 42 empfängt
Eingaben des Phasenkompensationslenkmoments TM und dem Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' zum Ausgleichen
der Trägheitskraft
des Elektromotors 14. Der Addiererteil 42 gibt
die Summe des Lenkmoments TM und des Trägheitskompensationssteuerausmaßes TM', das heißt, TM +
TM', als das Steuermoment
TM* aus.
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Das
Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' wird durch einen
Differenziererteil 51 und einen Steuerausmaßbestimmungsteil 52 erzeugt,
und über einen
Steuerteil 53 und Multipliziererteile 54, 55 dem Addiererteil 42 zugeführt. Der
Differenziererteil 51 differenziert das Lenkmoment TM von
dem Lenkmomentsensor 21, um den Differenzialwert dTM/dt
auszugeben. Der Steuerausmaßbestimmungsteil 52 konvertiert
den eingegebenen Differenzialwert dTM/dt in das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM', um durch Verwenden
einer Konvertierungstabelle oder einer Operationsverarbeitung ausgegeben
zu werden. Mit Bezug auf den in 4 gezeigten Graphen
sind die Konvertierungseigenschaften so eingestellt, dass das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' mit einem Anstieg
des eingegebenen Differenzialwerts dTM/dt ansteigt.
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Der
Limitierteil 53 limitiert das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' von dem Steuerausmaßbestimmungsteil 52 gemäß den Beurteilungsresultaten
von einem Limitierzustandsbeurteilungsteil 56. Der Limitierzustandsbeurteilsteil 56 limitiert
das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' durch Zuführen eines
Limitierbefehlssignals an den Limitierteil 53, wenn das
Lenkmoment TM und das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' in entgegengesetzte
Richtungen wirken. Das heißt,
dass der Limitierzustandsbeurteilsteil 56 Limitierbefehlssignale ausgibt,
wenn das Lenkmoment TM größer als
ein positiver vorbestimmter Wert TM0 ist
und das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' negativ ist, oder
wenn das Lenkmoment TM kleiner als ein negativer vorbestimmter Wert –TM0 ist und das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' positiv ist. Der
Limitierteil 53 limitiert das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' durch Zuführen des
Limitierbefehlssignals "0" an den Multipliziererteil 54.
Wenn kein Limitierbefehlssignal zugeführt wird, wird das eingegebene
Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' direkt dem Multipliziererteil 54 zugeführt.
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Der
Multipliziererteil 54 multipliziert das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM', das von dem Limitierteil 53 bereitgestellt
wird, mit einer Fahrzeuggeschwindigkeitsverstärkung Gv, die von einem Verstärkungsbetriebsteil 61 zugeführt wird,
und gibt den multiplizierten Wert aus. Das Verstärkungsbetriebsteil 61 gibt
die Fahrzeuggeschwindigkeitsverstärkung Gv aus, die gemäß der durch
den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 22 erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit
V durch Verwenden einer Konvertierungstabelle oder einer Betriebsverarbeitung
aus. Mit Bezug auf 5 wird die Fahrzeuggeschwindigkeitsverstärkung Gv
zum Beispiel durch den Fakt gekennzeichnet, dass diese mit einem
Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeit V in dem niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich
ansteigt, und mit einem Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeit in den
mittleren und hohen Geschwindigkeitsbereichen abnimmt.
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Das
Multipliziererteil 55 multipliziert das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM', das von dem Multipliziererteil 54 zugeführt wird,
mit der Lenkachsengeschwindigkeitsverstärkung Gw, die von dem Verstärkungsbetriebsteil 62 zugeführt wird.
Das Verstärkungsbetriebsteil 62 empfängt die
Lenkgeschwindigkeit ω von
einem Lenkgeschwindigkeitsbetriebsteil 63, und gibt die
Lenkgeschwindigkeitsverstärkung
Gw aus, die gemäß dem absoluten
Wert |ω| der
Lenkgeschwindigkeit ω variiert,
durch die Konvertierungstabelle oder einer Betriebsverarbeitung aus.
Die Lenkgeschwindigkeitsverstärkung
Gw ist zum Beispiel durch den Fakt gekennzeichnet, dass diese mit
einem Anstieg der Lenkgeschwindigkeit ω, wie in 6 gezeigt,
abnimmt. Die Lenkgeschwindigkeit ω gibt die Drehgeschwindigkeit
des Lenkrades 11 an, die mit der Rotationswinkelgeschwindigkeit
des Elektromotors 14, der integral mit dem Lenkrad 11 rotiert, äquivalent
ist. Der Lenkgeschwindigkeitsbetriebsteil 63 berechnet
die Lenkgeschwindigkeit des Lenkrades 11 (die Rotationswinkelgeschwindigkeit
des Elektromotors 14) durch Ausführen der Operation der folgenden
Formel durch Verwenden der Spannung Vm zwischen Anschlüssen des
Elektromotors 14 und dem Ansteuerstrom Im. ω =
(Vm – Rm × Im)/K (1)
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Die
vorstehende Formel (1) wird verwendet, die Rotationswinkelgeschwindigkeit
des D.C.-Motors zu erhalten, wobei keine Induktivität berücksichtigt wird
(weil diese normalerweise vernachlässigbar ist), wobei Rm und
K Konstanten sind, die basierend auf den Motor bestimmt werden.
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Ein
Spannungserfassungsteil 64 und ein Stromerfassungsteil 65 sind
mit dem Lenkgeschwindigkeitsbetriebsteil 63 zum Erfassen
der Spannung Vm zwischen Anschlüssen
und dem Ansteuerstrom Im verbunden, um die vorstehende Formel (1)
auszuführen.
Der Spannungserfassungsteil 64 empfängt die Spannungen an beiden
Anschlüssen
des Elektromotors 14, und gibt das Signal durch Erfassen
der Spannung zwischen Anschlüssen
des Elektromotors 14 basierend auf der vorstehend beschriebenen Spannungsdifferenz
aus. Der Strombestimmungsteil 65 empfängt Spannungen an beiden Anschlüssen des
Nebenwiderstands 37, und berechnet den Ansteuerstrom Im
basierend auf den Eingangsspannungen.
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Es
wird der Betrieb des wie vorstehend aufgebauten Ausführungsbeispiels
beschrieben. Als Folge auf eine Rotieroperation des Lenkrades durch den
Fahrer wird ein Lenkmoment (Lenkreaktionskraft) TM in dem Lenkrad 11 und
der Lenkwelle 13 erzeugt. Der Lenkmomentsensor 21 erfasst
anschließend
dieses Lenkmoment TM. Das Lenkmoment TM wird dem Momentbefehlsstromwertkonvertierungsteil 43 über den
Phasenkompensationsteil 41 und den Addiererteil 42 als
das Befehlsmoment TM* zugeführt.
Das Momentbefehlsstromwertkonvertierungsteil 43 ist durch
den Fakt gekennzeichnet, dass es das zugeführte Befehlsmoment TM* gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit
V variiert, die weiterhin in den Befehlsstromwert I* konvertiert
wird (3). Der konvertierte Befehlsstromwert I* wird
dem Ansteuersteuerbereich 44 zugeführt. Anschließend führt das Ansteuersteuerteil 44 einen
Ansteuerstrom Im, der mit dem Befehlsstromwert I* äquivalent
ist, dem Elektromotor 14 über eine EIN/AUS-Steuerung
der Schaltelemente 31 bis 34 in der Ansteuerschaltung 30,
basierend auf dem Befehlsstromwert I* und dem durch den Stromerfassungsteil 65 erfassten
Ansteuerstromwert Im, zu.
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Als
eine Folge unterstützt
der Elektromotor 14 die Lenkwelle 13, um bei einem
Moment zu rotieren, das mit dem Befehlsmoment TM* äquivalent
ist. Demzufolge kann eine Rotieroperation des Lenkrades 11 durch
den Fahrer gemäß dem erfassten
Lenkmoment TM unterstützt
werden. Dies erlaubt dem Fahrer, der eine angemessene Lenkreaktionskraft fühlt, das
Lenkrad 11 zum Lenken der Vorderräder FW1, FW2 nach links und
rechts zu rotieren.
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Da
in diesem Fall der Momentbefehlsstromwertkonvertierungsteil 43 so
eingestellt ist, dass der Befehlsstromwert I* als Folge eines Anstiegs
der Fahrzeuggeschwindigkeit V abnimmt, wird die Lenkunterstützungskraft
des Elektromotors 14 bei niedrigen Fahrzeugfahrgeschwindigkeiten
größer, und
bei hohen Fahrzeugfahrgeschwindigkeiten kleiner. Daher kann das
Lenkrad 11 sanft rotiert werden, auch bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten.
Unterdessen kann es bei hohen Fahrgeschwindigkeiten stabil rotiert
werden.
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Bei
der Lenkunterstützungssteuerung
wird das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' zu dem Lenkmoment
TM in dem Addiererteil 42 hinzu addiert. Das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' wird durch den Differenziererteil 51 und
den Steuerausmaßbestimmungsteil 52 bestimmt,
und so eingestellt, um als Folge eines Anstiegs des Differenzialwerts
dTM/dt des Lenkmoments TM anzusteigen. Auch wenn die Trägheitskraft
des Elektromotors groß ist,
oder die Reibung zwischen verschiedenen Bereichen bei dem Start
eines rotierenden Betriebs des Lenkrades 11 groß ist, kann
die Lenkreaktionskraft reduziert werden. Dies erlaubt dem Fahrer,
den rotierenden Betrieb des Lenkrades 11 sanft zu beginnen.
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Das
zu dem Lenkmoment TM addierte Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' wird durch das Verstärkungsbetriebsteil 62 und
den Multipliziererteil 55 so korrigiert, dass es mit einem
Anstieg des absoluten Werts |ω|
der Lenkgeschwindigkeit ω des Lenkrades 11 klein
wird. Dies kann einen Anstieg des Trägheitskompensationssteuerausmaßes TM' verhindern, auch
wenn der differenzierte Wert dTM/dt des Lenkmoments TM durch eine
schnelle Rotation des Lenkrades 11 groß wird. Dies erlaubt dem Fahrer,
der eine angemessene Lenkreaktionskraft fühlt, einen rotierenden Betrieb
des Lenkrades auf genau die gleiche Weise als eine langsame Lenkoperation des
Lenkrades 11 durchzuführen.
Als eine Folge kann dies eine Verschlechterung des Lenkgefühls aufgrund
der Rotationsgeschwindigkeit des Lenkrades 11 verhindern,
wobei ein exzellentes Lenkgefühl für den Fahrer
beibehalten wird.
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In
diesem Fall berechnet der Lenkgeschwindigkeitsbetriebsteil 63 die
Lenkgeschwindigkeit (Rotationswinkelgeschwindigkeit des Elektromotors 14) ω des Lenkrades
durch Verwenden der Spannung Vm zwischen Anschlüssen des Elektromotors 14,
die durch den Spannungserfassungsteil 64 erfasst wird, und
dem Ansteuerstrom Im des Elektromotors 14, der durch den
Stromerfassungsteil 65 erfasst wurde. Da dies Sensoren
zum Erfassen eines gegenwärtigen
Rotationswinkels und Rotationswinkelgeschwindigkeit des Lenkrades 11 eliminiert,
können
die Kosten zur Herstellung des elektrischen Servolenkungssystems
dieses Ausführungsbeispiels
reduziert werden.
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Das
Trägheitskompensationssteuerausmaß TM', das dem Lenkmoment
TM zuzuführen
ist, wird durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, dem Verstärkungsbetriebsteil 61 und
dem Multipliziererteil 54 so korrigiert, um mit einem Anstieg
der Fahrzeuggeschwindigkeit V in dem niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich
anzusteigen. Indessen wird diese so korrigiert, um bei einem Anstieg
der Fahrzeuggeschwindigkeit V in dem mittleren und hohen Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich
abzunehmen. Diese Korrektur kann es dem Fahrer erlauben, einen Lenkvorgang
des Lenkrades 11 sanft bei der niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit
durchzuführen,
und einen Lenkvorgang des Lenkrades 11 durchzuführen, wobei
ein Gefühl
einer angemessenen Lenkreaktionskraft bei dem mittleren und hohen
Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich vorhanden ist.
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Das
Trägheitskompensationssteuerausmaß TM', das von dem Steuerausmaßbestimmungsteil 52 ausgegeben
wird, kann durch das Steuerteil 53 und das Begrenzungszustandsbeurteilungsteil 56 auf "0" beschränkt werden, wenn das Lenkmoment
TM und das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' in entgegen gesetzte
Richtungen wirken. Diese Begrenzung ermöglicht es, es zu verhindern,
dass das Lenkmoment TM und das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' voneinander abweichen,
auch während
einer entgegengesetzten Lenkoperation. Daher ist es dem Fahrer möglich, die
Reaktionskraft hinsichtlich einer Lenkoperation des Lenkrades 11 auf
genau die gleiche Weise als bei einer normalen Lenkoperation zu
erhalten. Die schnelle Rückführoperation
des Lenkrades kann eliminiert werden, wodurch ein exzellentes Lenkgefühl beibehalten
wird.
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Bei
dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird
das von dem Multipliziererteil 55 zugeführte Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' dem Lenkmoment hinzugefügt, das
in dem Addiererteil 42 an das Momentbefehlsstromkonvertierungsteil 43 zugeführt wird,
das an der Stufe vor dem Konvertierungsteil 43 platziert
ist. Alternativ, wie in 7 gezeigt wird, kann es so aufgebaut
sein, das Addiererteil 45 an der Stufe nach dem Momentbefehlsstromkonvertierungsteil 43 zu
platzieren, so dass das Trägheitskondensationssteuerausmaß TM' von dem Multipliziererteil 55 dem
Befehlsstromwert I*, das von dem Konvertierungsteil 43 ausgegeben
wird, hinzugefügt
wird. In diesem Fall entspricht das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' dem Lenkmoment TM.
Vorzugsweise ist ein Momentstromkonvertierungsteil 56 bereitgestellt,
um das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' in ein Trägheitskompensationssteuerausmaß I'*, das dem Befehlsstromwert
I* entspricht, zu konvertieren, so dass das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' die Geschwindigkeitssteuerung
des Elektromotors 14 auf die gleiche Weise als in dem vorstehenden
Ausführungsbeispiel beeinflusst.
Falls notwendig, wird die Fahrzeuggeschwindigkeit V von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
in den Momentstromkonvertierungsteil 46 eingegeben, um
so die Konvertierungseigenschaften gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit
V zu ändern.
In dem wie vorstehend beschriebenen modifizierten Beispiel kann
das Momentstromkonvertierungsteil 46 mit dem Steuerausmaßbestimmungsteil 52 ausgetauscht
werden, durch das das Trägheitskompensationssteuerausmaß I'*, das dem Befehlsstromwert
I* entspricht, bestimmt wird.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
erhält
das Lenkgeschwindigkeitsbetriebsteil 63 eine Lenkgeschwindigkeit
(Rotationswinkelgeschwindigkeit des Elektromotors 14) ω des Lenkrades 11 durch
eine Operation durch Verwenden der Spannung zwischen Anschlüssen des
Elektromotors 14 und dem Ansteuerstrom Im. Wie jedoch die
gestrichelten Linien in den 1 und 2 zeigen,
kann das Lenkgeschwindigkeitsbetriebsteil 63 mit einem
an der Lenkwelle 13, zum Erfassen des Rotationswinkels
davon, bereitgestellten Lenkwinkelsensors 71 ausgetauscht
werden. Der durch den Sensor 71 erfasste Rotationswinkel wird
durch den Differenzierteil 72, der innerhalb der Steuerschaltungseinheit 40 platziert
ist, differenziert, um die Lenkgeschwindigkeit des Lenkrades 11 zu
erfassen. Der Lenkwinkelsensor 71 kann mit einem an der
Lenkwelle 13 bereitgestellten Lenkgeschwindigkeitssensor
zum direkten Erfassen der Rotationswinkelgeschwindigkeit davon ausgetauscht
werden, was die Notwendigkeit des Differenzierteils 72 eliminiert.
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In
dem gegenwärtigen
Ausführungsbeispiel wird
das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' gemäß dem durch
den Lenkmomentsensor 21 erfassten Lenkmoment bestimmt.
Jedoch kann das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' gemäß der Rotationswinkelbeschleunigung ω' des Elektromotors 14 bestimmt
werden. In diesem Fall, wie die gestrichelte Linie in 2 zeigt,
wird die Rotationswinkelgeschwindigkeit (Lenkgeschwindigkeit des Lenkrades 11) ω des Elektromotors 14 von
dem Lenkgeschwindigkeitsbetriebsteil 63 oder dem Differenzierteil 72 durch
das Differenzierteil 73 differenziert. Anschließend bestimmt
der Trägheitskraftbestimmungsteil 74 die
Rotationswinkelbeschleunigung ω' (= dw/dt), und anschließend die
Trägheitskraft
Fm des Elektromotors 14 durch Ausführen der Operation, die durch
die Gleichung (2) angegeben wird, Fm
= Im × ω' (2)wobei Im
das Trägheitsmoment
des Elektromotors 14 angibt. In diesem Fall wird die Trägheitskraft
Fm dem Steuerausmaßbestimmungsteil 52 zugeführt, der
die Trägheitskraft
Fm anstatt des differenzierten Wertes dTM/dt des vorstehenden Lenkmoments
TM verwendet, wobei das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' bereitgestellt wird.
Durch diesen Vorgang wird erwartet, dass der Effekt der durch das
Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' differenziert ist,
gleich dem des vorstehenden Ausführungsbeispiels
ist.
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Wenn
bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel
das Lenkmoment TM und das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' in entgegengesetzte Richtungen
wirken, wird der Ausgabewert von dem Limitierteil 53 auf "0" limitiert. Alternativ kann der Ausgabewert
auf einen vorbestimmten unteren Begrenzungswert und oberen Limitwertbereich,
der von "0" abweicht, limitiert
werden. Das heißt,
dass wenn das Einrichten der vorstehenden Limitierbedingungen durch
den Limitierzustandsbeurteilungsteil 56 beurteilt wird,
das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM', das von dem Steuerausmaßbestimmungsteil 52 ausgegeben
wird, so geschützt
wird, um in dem Bereich zwischen dem unteren Limitierwert und dem oberen
Limitierwert ausgegeben zu werden. Andererseits kann das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM', das von dem Steuerausmaßbestimmungsteil 52 ausgegeben
wird, direkt ausgegeben werden. In diesem Fall wird erwartet, denselben
Effekt zu erhalten, als der, der durch Limitieren des Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' erhalten wird. In
dem gegenwärtigen
Ausführungsbeispiel wird
die Limitierung des Trägheitskompensationssteuerausmaßes TM' auf eine beliebige
Fahrzeuggeschwindigkeit V eingestellt. Alternativ kann die Limitierung
nur in dem Fall eingestellt werden, in dem sich die Fahrzeuggeschwindigkeit
V innerhalb eines vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeitsbereichs befindet.
Zum Beispiel fühlt
der Fahrer in einem Zustand, in dem das Fahrzeug angehalten ist,
oder die Fahrzeuggeschwindigkeit im Wesentlichen niedrig ist, kaum
eine Reaktionskraft hinsichtlich der Lenkkraft während einer entgegengesetzten
Rotationsoperation des Lenkrades als im Vergleich mit dem Fall einer
normalen Rotationsoperation des Lenkrades. Daher kann das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' nur zu Zeitpunkten
limitiert werden, die anders sind, als wenn das Fahrzeug angehalten
ist, oder bei im Wesentlichen niedrigen Geschwindigkeiten fährt, die
kleiner sind als eine vorbestimmte Geschwindigkeit. Das sehr unnatürliche Gefühl aus einem
Lenkvorgang während
eines Fahrens des Fahrzeugs wird nur in dem höheren Geschwindigkeitsbereich
gefühlt,
so dass das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' nur in dem Bereich,
in dem die Fahrzeuggeschwindigkeit höher als eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit
ist, limitiert werden kann.
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Bei
dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
ist die Steuerschaltungseinheit 40 als ein programmierter
Allzweckrechner implementiert. Es ist dem Fachmann ersichtlich,
dass die Steuerschaltungseinheit durch Verwenden einer integrierten Schaltung
mit Sonderzweck (z. B. ASIC), mit einer Haupt- oder Zentralprozessorsektion
zum allgemeinen-/Systemebenensteuerung, und separaten Sektionen,
die zum Durchführen
verschiedener unterschiedlicher spezifischen Berechnungen, Funktionen und
anderen Verarbeitungen unter der Steuerung der zentralen Prozessorsektion
bestimmt sind, implementiert werden kann. Diese Steuerschaltungseinheit
kann ebenso eine Vielzahl von separaten bestimmten oder programmierbaren
integrierten oder anderen elektronischen Schaltungen oder Elementen
(z. B. fest verdrahtete Elektronik oder logische Schaltungen, wie
etwa diskrete Elementeschaltungen oder programmierbare Logikbauteile,
wie etwa PLDs, PLAs, PALs, oder dergleichen) sein. Die Steuerschaltungseinheit
kann durch Verwenden eines programmierten Allzweckrechners, z. B.
eines Mikroprozessors, eines Mikrokontrollers oder in einem anderen
Prozessorbauteil (CPU oder MPU), entweder allein stehend oder in
Verbindung mit einem oder mehreren Peripheren (z. B. integrierte
Schaltungen) Daten- und Signalverarbeitungsbauteilen implementiert
werden. Allgemein. kann jedes Bauteil oder Baugruppe von Bauteilen,
auf der sich eine finite Zustandsmaschine befindet, die dazu fähig ist,
die hier beschriebenen Prozeduren zu implementieren, als die Steuerschaltungseinheit
verwendet werden. Eine verteilte Verarbeitungsarchitektur kann für eine maximale
Daten-/Signalverarbeitungsfähigkeit
und -geschwindigkeit verwendet werden.
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Während die
Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele davon beschrieben
wurde, sollte es verstanden werden, dass die gegenwärtige Erfindung
nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele
oder Konstruktionen beschränkt
ist.
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Eine
elektrische Servolenkungseinheit umfasst einen Elektromotor (14),
der eine Unterstützungskraft
hinsichtlich eines Drehvorgangs des Lenkrades aufbringt. In einem
Ausführungsbeispiel wird
das durch einen Lenkmomentsensor (21) erfasste Lenkmoment
TM in einen Befehlsstromwert I* für den Elektromotor (14) über eine
Konvertierungseinrichtung konvertiert. Eine Rotationskraftsteuereinrichtung
(44) steuert das Ansteuern des Elektromotors (14)
gemäß dem Befehlsstromwert
I*. Eine Differenziereinrichtung (51) kann einen Differenzialwert des
Lenkmoments TM berechnen. Basierend auf dem berechneten Differenzialwert
wird das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' dem Lenkmoment TM
hinzugefügt,
wodurch die Lenkoperationslast des Lenkrades bei dem Start eines
Lenkvorgangs reduziert wird. Ebenso kann die Lenkgeschwindigkeit
erfasst werden. Das Trägheitskompensationssteuerausmaß TM' kann mit einem Anstieg der
erfassten Lenkgeschwindigkeit vermindert Norden, wodurch ein ungemütliches
Lenkgefühl
aufgrund der Differenz der Lenkgeschwindigkeiten verhindert wird.