DE60125467T2

DE60125467T2 - Elektrische Servolenkung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE60125467T2
Application number: DE60125467T
Authority: DE
Inventors: Shin Aki-gun Takehara; Kiyoshi Aki-gun Sakamoto
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2021-07-07
Also published as: US6598699B2; JP4670161B2; EP1172278A3; EP1172278A2; US20020005314A1; JP2002087309A; EP1172278B1; DE60125467D1; KR20020007184A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Servolenkungs-System für ein Fahrzeug, das einen Elektromotor regelt, um ein Drehen eines Lenkrads zu unterstützen, umfassend einen Drehmomentsensor, der zwischen dem Lenkrad und den Vorderrädern des Fahrzeugs angeordnet ist und der so funktioniert, dass er ein auf das Lenkrad einwirkendes Drehmoment erkennt, und erste Mittel zur Regelung zum Ermitteln einer ersten, ein Servo-Drehmoment darstellenden Regelgröße, um das Drehmoment auszugleichen, wenn der Elektromotor mittels der ersten Regelgröße geregelt wird.
Es sind geregelte motorbetriebene Servolenkungs-Systeme und geregelte hydraulisch betriebene Servolenkungs-Systeme bekannt. Ein solches Servolenkungs-System verwirklicht eine erwünschte Servo-Charakteristik, indem eine Regelgröße für den Elektromotor bzw. eine Regelgröße für die Hydraulik anhand eines auf ein Lenkrad angewendeten Drehmoments und/oder einer Lenkgeschwindigkeit (wobei es sich um einen Differenzialwert des Drehmoments handelt) reguliert wird. Aus der ungeprüften japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 8-72734 beispielsweise ist bekannt, die Servo-Charakteristik anhand einer Fahrzeuggeschwindigkeit oder einer Giergeschwindigkeit zusätzlich zu einer Fahrzeuggeschwindigkeit zu ändern.
Bei einem elektrischen Servolenkungs-System nach dem Stand der Technik wird eine Motorregelgröße für den Elektromotor ermittelt, indem ein auf ein Lenkrad wirkendes Drehmoment, das von einem Drehmomentsensor, wie beispielsweise einem zwischen einem Lenkrad und einem der Vorderräder angeordneten Drehstabfeder-Drehmomentsensor, erkannt wird, mit einem bestimmten Servo-Regelungsverstärkungsfaktor multipliziert wird. Der Servo-Regelungsverstärkungsfaktor wird auf der Grundlage von Tests vorbestimmt, die auf einem bestimmten Fahrzeug durchgeführt werden, um eine erwünschte Servo-Charakteristik bereitzustellen.
Es gibt jedoch möglicherweise Abweichungen der Servo-Charakteristiken von Servolenkungs-Systemen. Dies führt dazu, dass das Lenkgefühl sich mit der Servo-Charakteristik des Servolenkungs-Systems ändert. Die Änderung der Servo-Charakteristik wird beispielsweise von Änderungen der Trägheit und Änderungen der Eigenschaft des Elektromotors und/oder Änderungen der Reibung von Teilen von Untersetzungsgetrieben von Lenkvorrichtungen verursacht, die zwischen einer Lenkspindel und einem Elektromotor angeordnet sind. Die Änderung der Reibung wird hauptsächlich durch Fertigungsfehler bei den Teilen der Lenkvorrichtung verursacht. Insbesondere wenn das Teil eine Reibung aufweist, deren Betrag größer ist als der normale Reibungsbetrag, wird Schubkraft des Elektromotors für die Reibung verwendet, obwohl der Elektromotor durch eine Motorregelgröße geregelt wird, die durch Multiplizieren des auf das Lenkrad einwirkenden Drehmoments mit dem Servo-Regelungsverstärkungsfaktor ermittelt wird. Dies führt dazu, dass der Elektromotor einen Mangel an Servo-Drehmoment für die Lenkung antrifft, was ein schwammiges Gefühl bei der Betätigung des Lenkrads bewirkt.
Die Änderung der Servo-Charakteristik wird ferner durch Montagefehler, beispielsweise beim Untersetzungsgetriebe, verursacht. Das Untersetzungsgetriebe umfasst einen Schneckentrieb und ein Schneckenrad mit einem vergleichsweise hohen Untersetzungsverhältnis. Damit das Untersetzungsgetriebe das Rückstellen und Klappergeräusche verhindert oder deutlich verringert, wird der Schneckentrieb stark gegen das Schneckenrad gedrückt. Dies führt bei Montagefehlern zu relativ großen Änderungen der Reibung, weil der Betrag der Reibung zwischen dem Schneckentrieb und dem Schneckenrad, die aneinander gepresst sind, groß ist, und hat einen bedeutenden Einfluss auf die Änderungen der Servo-Charakteristik.
Ein elektrisches Servolenkungs-System nach dem Stand der Technik weist das Problem auf, dass es zum Gier-Überschießen der Räder kommt. Da die Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens (was sich auf die Aktion der Räder bezieht, bei der sich die Räder aufgrund eines selbst ausrichtenden Drehmoments sanft auf einen Lenkwinkel von 0 (null) zurückstellen, ohne dass es zum Überschießen kommt, wenn das eingeschlagene Lenkrad losgelassen wird) Auswirkungen auf die Geradeauslauf-Steuerbarkeit des Fahrzeugs hat, wird beim elektrischen Servolenkungs-System nach dem Stand der Technik eine Dämpfungsregelung implementiert, um den Elektromotor mit einer Dämpfungsregelgröße zu bremsen, die durch Multiplizieren einer Motordrehzahl mit einem Dämpfungsregelungs-Verstärkungsfaktor ermittelt wird. Ähnlich dem Servo-Regelungsverstärkungsfaktor wird der Dämpfungsregelungs-Verstärkungsfaktor so reguliert, dass die Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens erwünscht ist. Daher besteht das Problem, dass die erwünschte Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens nicht erreicht wird. Dies liegt daran, dass keine Zurückstellen des Lenkrads in die mittlere oder neutrale Position (Geradeauslaufposition) erfolgt, oder, beispielsweise aufgrund der Änderungen der Trägheit und/oder Reibung, ein Schütteln des Lenkrads in der mittleren oder neutralen Position erfolgt.
Um das vorgenannte Problem zu beseitigen, ist es hilfreich, Fertigungsfehler bei den Teilen der Lenkvorrichtung zu vermeiden oder Teile mit hoher Genauigkeit für die Lenkvorrichtung zu verwenden, um die Reibung zu verringern. Jedoch ändern sich möglicherweise, zusätzlich zu einer Änderung des Betrags der Reibung aufgrund der Ausdehnung oder des Zusammenziehens von Teilen der Lenkvorrichtung, die nach einer Temperaturänderung oder einer Änderung des Betrags der Reibung aufgrund der Alterung von Teilen der Lenkvorrichtung erfolgt, die Servo-Charakteristik und die Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens aufgrund einer Änderung des Fahrzeuggesamtgewichts, die sich durch eine Änderung der Beladung ergibt. Folglich ist es schwierig, das vorgenannte Problem zu beseitigen, selbst wenn für die Lenkvorrichtung Teile mit hoher Genauigkeit verwendet werden. Die Verwendung von Teilen mit hoher Genauigkeit verursacht zusätzliche Kosten bei der Fertigung der Lenkvorrichtung.
Ein elektrisches Servolenkungs-System für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus dem Dokument EP 0 800 980 A2 bekannt, gemäß dem das Lenkrad schnell in seine Neutralposition zurückkehrt, indem eine Lenkradrückstell-Steuerung eingeschaltet wird, um das Rückstellen des Lenkrads zu unterstützen, und eine Lenkrad-Konvergenzsteuerung, um das Lenkrad in seine neutrale Position zu konvergieren, indem ein Motor gemäß einer Lenkbedingung, wie beispielsweise der Einschlaggeschwindigkeit des Lenkrads, gebremst wird. Die vorgenannten Probleme werden jedoch durch dieses bekannte Lenksystem nicht gelöst.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrisches Servolenkungs-System für ein Fahrzeug bereitzustellen, das eine erwünschte Servo-Charakteristik und eine erwünschte Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens und außerdem eine verbesserte Eigenschaft des Nachfolgens der Räder beim Betätigen des Lenkrads bereitstellt, wobei das Lenksystem vorzugsweise kostengünstig sein sollte.
Die vorgenannte Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch ein elektrisches Servolenkungs-System für ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2 gelöst, das auf der Grundlage eines auf ein Lenkrad einwirkenden Drehmoments eine Regelung einer Lenkvorrichtung durchführt, zusätzlich zur Servo-Regelung zum Regeln eines Elektromotors, um ein Einschlagen des Lenkrads zu unterstützen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Demgemäß umfasst das elektrische Servolenkungs-System einen Drehmomentsensor, der zwischen dem Lenkrad und den Vorderrädern des Fahrzeugs angeordnet ist und der so funktioniert, dass er ein auf das Lenkrad einwirkendes Drehmoment erkennt, erste Mittel zur Regelung zum Ermitteln einer ersten, ein Servo-Drehmoment darstellenden Regelgröße, um das Drehmoment auszugleichen, wenn der Elektromotor mittels der ersten Regelgröße geregelt wird, zweite Mittel zur Regelung zum Berechnen einer Soll-Änderungsrate des Vorderradlenkwinkels auf der Grundlage der ersten Regelgröße, wobei berechnet wird, dass die Soll-Rate null ist, wenn das erkannte Drehmoment null ist, und zum Ermitteln einer zweiten Regelgröße durch Subtrahieren einer Ist-Änderungsrate des Radlenkwinkels von der Soll-Änderungsrate des Vorderradlenkwinkels, und Mittel zur Motorregelung zum Ermitteln einer Motorregelgröße durch Addieren der ersten Regelgröße und der zweiten Regelgröße und zum Regeln des Elektromotors mittels der Motorregelgröße.
Der Drehmomentsensor erkennt ein auf das Lenkrad einwirkendes Drehmoment, wenn das Lenkrad zum Lenken des Fahrzeugs eingeschlagen wird. Das erste Mittel zur Regelung ermittelt eine solche erste Regelgröße, um das Drehmoment auszugleichen, wenn der Elektromotor mittels der ersten Regelgröße geregelt wird, mit anderen Worten ermittelt es eine erste, ein Servo-Drehmoment darstellende Regelgröße, indem ein Drehmoment mit einem bestimmten Regelungs-Verstärkungsfaktor multipliziert wird. Das zweite Mittel zur Regelung ermittelt eine Soll-Änderungsrate des Vorderradlenkwinkels auf der Grundlage des Drehmoments und ermittelt dann eine zweite Regelgröße, indem es eine Ist-Änderungsrate des Vorderradlenkwinkels von der Soll-Änderungsrate des Vorderradlenkwinkels subtrahiert. Die Wirkung der Soll-Änderungsrate des Vorderradlenkwinkels kann auf der Grundlage eines Fahrzeugmodells für ein mechanisches System einer Lenkvorrichtung zwischen dem Drehmomentsensor und einem Reifen am Vorderrad oder einem Fahrzeugmodell, in dem Faktoren wie Trägheit eines Elektromotors und eine Spurstangenhebel- und Federkomponente und die Dämpfungskomponente eines Reifens in Betracht gezogen werden, begründet werden. Das Mittel zur Motorregelung regelt den Elektromotor mittels der Motorregelgröße, die durch Addieren der ersten Regelgröße und der zweiten Regelgröße ermittelt wird.
Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Regelung des Elektromotors mittels der ersten Motorregelgröße aufgrund der Reibung und Trägheit der Lenkvorrichtung keine erwünschte Änderungsrate des Vorderradlenkwinkels bereitstellt, gibt es ein Auftreten einer Abweichung einer Ist-Änderungsrate des Vorderradlenkwinkels von der Soll-Änderungsrate des Vorderradlenkwinkels, die auf der Grundlage eines auf das Lenkrad einwirkenden Drehmoments ermittelt wird, das vom Drehmomentsensor erkannt wird. Daher veranlasst die Regelung des Elektromotors mittels der zweiten Regelgröße, die auf der Grundlage der Abweichung ermittelt wird, den Elektromotor, einen Schub zu erzeugen, der dem Elektromotor gefehlt hat, um die Soll-Änderungsrate des Vorderradlenkwinkels bereitzustellen, so dass das Fahrzeug immer mit der gewünschten Änderungsrate des Vorderradlenkwinkels gelenkt wird. Da die zweite Regelgröße auf der Grundlage einer Soll-Änderungsrate des Vorderradlenkwinkels ermittelt wird, der von der Reibung und Trägheit der Lenkvorrichtung unabhängig ist, ist in diesem Fall die Änderungsrate des Vorderradlenkwinkels im Hinblick auf ein Einschlagen mit einem Lenkwinkel, unabhängig von Änderungen der Reibung und der Trägheit, erwünscht. Damit werden Änderungen der Servo-Charakteristik bei Lenkvorrichtungen vermieden.
Die Tatsache, dass der Drehmomentsensor ein auf das Lenkrad einwirkendes Drehmoment erkennt, zeigt eine Ansprechverzögerung einer Änderung des Vorderradlenkwinkels im Hinblick auf die Einschlagbetätigung des Lenkrads durch den Fahrer. Die Regelung des Elektromotors mittels der zweiten Regelgröße bewirkt jedoch, dass der Elektromotor den Schub erhöht, während der Drehmomentsensor ein auf das Lenkrad einwirkendes Drehmoment erkennt. Dies bewirkt, dass der Elektromotor der Einschlagbetätigung des Lenkrads schnell nachfolgt. Dies führt dazu, dass ein schwammiges Gefühl bei der Betätigung des Lenkrads verhindert wird und die Eigenschaft des Nachfolgens der Räder verbessert ist.
Wenn außerdem das Lenkrad losgelassen wird, erkennt der Drehmomentsensor ein Drehmoment von 0 (null), dies gibt an, dass ermittelt wird, dass die Soll-Änderungsrate des Vorderradlenkwinkels gleich 0 (null) ist. Demgemäß wird der Elektromotor mittels der zweiten Regelgröße so geregelt, dass die Vorderräder eine Änderungsrate des Vorderradlenkwinkels gleich 0 (null) erreichen, wodurch eine schwammige Betätigung des Lenkrads verhindert wird und demzufolge eine verbesserte Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens vorgesehen wird. Immer wenn der Drehmomentsensor ein Drehmoment gleich 0 (null) erkennt, ist die Soll-Änderungsrate des Vorderradlenkwinkels gleich 0 (null). Die Vorderräder, und damit auch das Lenkrad, werden, unabhängig von Änderungen der Reibung und der Trägheit, immer mit einer bestimmten Charakteristik auf Mittelstellung gebracht. Hierdurch entfallen Änderungen der Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens bei Lenkvorrichtungen. Andererseits befinden sich in dem Fall, in dem die Vorderräder aufgrund von Unregelmäßigkeiten der Fahrbahnoberfläche einen Lenkwinkel ändern, während der Drehmomentsensor ein Drehmoment von 0 (null) erkennt, die Vorderräder in einer solchen Situation, dass sie unbeabsichtigt bei einer unsicheren Änderungsrate des Vorderradlenkwinkels gelenkt werden, die nicht gleich 0 (null) ist. In diesem Fall regelt das zweite Mittel zur Regelung den Elektromotor so, dass die Vorderräder eine Änderungsrate des Vorderradlenkwinkels von 0 (null) erreichen, wodurch das Fahrzeug in einem Zustand der Geradeausfahrt gehalten wird.
Diese Regelung wird verwirklicht, indem zusätzlich das zweite Mittel zur Regelung im elektrischen Servolenkungs-System nach dem Stand der Technik vorgesehen wird. Hierzu sind keine zusätzlichen Sensoren und dergleichen erforderlich, so dass die Lenkvorrichtung in ihrer mechanischen Struktur und in ihrem Betrieb identisch mit den bisher in der Praxis verwendeten sein kann. Daher stellt das elektrische Servolenkungs-System der vorliegenden Erfindung erwünschte Servo-Charakteristiken und eine erwünschte Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens und die Eigenschaft des Nachfolgens der Räder und die Geradeauslauf-Steuerbarkeit des Fahrzeugs bereit, die alle mit einer komplexen Regelung realisiert werden können, die jenseits des Leistungsumfangs eines preisgünstigen Servolenkungs-Systems liegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Radlenkwinkel als einer der Parameter an Stelle einer Änderungsrate des Radlenkwinkels verwendet. Insbesondere umfasst das elektrische Servolenkungs-System einen Drehmomentsensor, der zwischen dem Lenkrad und den Vorderrädern des Fahrzeugs angeordnet ist und der so funktioniert, dass er ein auf das Lenkrad einwirkendes Drehmoment erkennt, erste Mittel zur Regelung zum Ermitteln einer ersten, ein Servo-Drehmoment darstellenden Regelgröße, um das Drehmoment auszugleichen, wenn der Elektromotor mittels der ersten Regelgröße geregelt wird, zweite Mittel zur Regelung zum Berechnen eines Soll-Radlenkwinkels auf der Grundlage der ersten Regelgröße, wobei berechnet wird, dass der Soll-Radlenkwinkel null ist, wenn das ermittelte Drehmoment null ist, und zum Ermitteln einer zweiten Regelgröße durch Subtrahieren eines Ist-Radlenkwinkels von dem Soll-Radlenkwinkel; und Mittel zur Motorregelung zum Ermitteln einer Motorregelgröße durch Addieren der ersten Regelgröße und der zweiten Regelgröße und zum Regeln des Elektromotors mittels der Motorregelgröße.
Das zweite Mittel zur Regelung ermittelt einen Soll-Radlenkwinkel und ermittelt ein zweites Mittel zur Regelung, indem ein Ist-Radlenkwinkel vom Soll-Radlenkwinkel subtrahiert wird. Die Wirkung des Soll-Radlenkwinkels kann auf der Grundlage eines Fahrzeugmodells, wie zuvor beschrieben, begründet werden. Das Mittel zur Motorregelung regelt den Elektromotor mittels der Motorregelgröße, die durch Addieren der ersten Regelgröße und der zweiten Regelgröße ermittelt wird.
Selbst wenn die Regelung des Elektromotors mittels der ersten Regelgröße aufgrund von Reibung und Trägheit der Lenkvorrichtung keinen erwünschten Radlenkwinkel bereitstellt, veranlasst die Regelung des Elektromotors mittels der zweiten Regelgröße, das heißt einer Abweichung zwischen einem Ist-Radlenkwinkel und dem Soll-Radlenkwinkel, den Elektromotor, einen Schub zu erzeugen, so dass die Vorderräder den Soll-Radlenkwinkel erreichen. Da der Soll-Radlenkwinkel von der Reibung und Trägheit der Lenkvorrichtung unabhängig ist, ist in diesem Fall der Radlenkwinkel im Hinblick auf ein Einschlagen mit einem Lenkwinkel, unabhängig von Änderungen der Reibung und der Trägheit, immer erwünscht. Damit werden Änderungen der Servo-Charakteristik bei Lenkvorrichtungen vermieden.
Wenn eine Ansprechverzögerung des Radlenkwinkels im Hinblick auf die Einschlagbetätigung des Lenkrads durch den Fahrer auftritt, bewirkt die Regelung des Elektromotors mittels der zweiten Regelgröße, dass der Elektromotor den Schub erhöht. Daher ist der Elektromotor so geregelt, dass er schnell der Einschlagbetätigung des Lenkrads nachfolgt. Dies führt dazu, dass die Eigenschaft des Nachfolgens der Räder verbessert ist.
Der Elektromotor wird mittels der zweiten Regelgröße so geregelt, dass ein Radlenkwinkel von 0 (null) erreicht wird, wenn der Drehmomentsensor ein Drehmoment gleich 0 (null) erkennt. Wenn das eingeschlagene Lenkrad losgelassen wird, wird der Elektromotor daher so geregelt, dass die Vorderräder einen Lenkwinkel von 0 (null) erreichen. Hierdurch wird ein schnelles Stellen der Vorderräder auf Mittelstellung verwirklicht und folglich eine schwammige Betätigung des Lenkrads verhindert, und ihm wird eine verbesserte Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens bereitgestellt. Die Regelung des Elektromotors mittels der zweiten Regelgröße stellt, unabhängig vom Betrag der Reibung und der Trägheit der Lenkvorrichtung, immer eine bestimmte Eigenschaft des Stellens der Räder auf Mittelstellung bereit. Dadurch entfallen Änderungen der Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens bei Lenkvorrichtungen. Andererseits befinden sich in dem Fall, in dem die Vorderräder aufgrund von Unregelmäßigkeiten der Fahrbahnoberfläche einen Lenkwinkel ändern, während der Drehmomentsensor ein Drehmoment von 0 (null) erkennt, die Vorderräder in einer solchen Situation, dass sie unbeabsichtigt bei einer unsicheren Änderungsrate des Radlenkwinkels gelenkt werden, die nicht gleich 0 (null) ist. In diesem Fall regelt das zweite Mittel zur Regelung den Elektromotor so, dass die Vorderräder eine Änderungsrate des Radlenkwinkels von 0 (null) erreichen, wodurch das Fahrzeug in einem Zustand der Geradeausfahrt gehalten wird. Diese Regelung wird verwirklicht, indem zusätzlich das zweite Mittel zur Regelung im elektrischen Servolenkungs-System nach dem Stand der Technik vorgesehen wird.
Daher stellt das elektrische Servolenkungs-System der vorliegenden Erfindung erwünschte Servo-Charakteristiken und eine erwünschte Leistung zum Stellen des Lenkrads auf Mittelstellung und die Eigenschaft des Nachfolgens der Räder und die Geradeauslauf-Steuerbarkeit des Fahrzeugs, bereit, die alle mit einer komplexen Regelung realisiert werden können, die jenseits des Leistungsumfangs eines preisgünstigen Servolenkungs-Systems liegt.
Die Regelung, die von dem elektrischen Servolenkungs-System des ersten Ausführungsbeispiels durchgeführt wird, ist dergestalt, dass die Änderungsrate des Radlenkwinkels auf 0 (null) gebracht wird, wenn kein vom Drehmomentsensor erkanntes Drehmoment vorhanden ist, das von der Regelung abweicht, die von dem elektrischen Servolenkungs-System des zweiten Ausführungsbeispiels durchgeführt wird, bei welchem der Radlenkwinkel bei dem gleichen Ereignis auf 0 (null) gebracht wird. Daher bewirkt das elektrische Servolenkungs-System des ersten Ausführungsbeispiels möglicherweise eine Aktion, bei der ein selbst ausrichtendes Drehmoments der Vorderräder oder des Lenkrads verringert wird. Andererseits basiert die von dem elektrischen Servolenkungs-System des zweiten Ausführungsbeispiels vorgenommene Regelung auf der durch das Lenken bewirkten Positionsänderung des Rads (einem Radlenkwinkel), die möglicherweise langsam auf das Lenken beim Einschlagen des Lenkrads reagiert, im Vergleich zu dem elektrischen Servolenkungs-System des ersten Ausführungsbeispiels, in dem die Regelung auf der Grundlage der Lenkgeschwindigkeit des Rads (einer Änderungsrate des Radlenkwinkels) vorgenommen wird.
Im Hinblick auf die vorgenannten Probleme verwendet das elektrische Servolenkungs-System gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Soll-Änderungsrate des Radlenkwinkels als zweite Regelgröße und einen Soll-Radlenkwinkel als dritte Regelgröße, um eine Motorregelgröße zu ermitteln. Insbesondere umfasst das elektrische Servolenkungs-System dritte Mittel zur Regelung zum Berechnen eines Soll-Radlenkwinkels auf der Grundlage des Drehmoments und zum Ermitteln einer dritten Regelgröße durch Subtrahieren eines Ist-Radlenkwinkels von dem Soll-Radlenkwinkel; und Mittel zur Motorregelung zum Ermitteln einer Motorregelgröße durch Addieren der ersten Regelgröße, der zweiten Regelgröße und der dritten Regelgröße und zum Regeln des Elektromotors mittels der Motorregelgröße.
Da das elektrische Servolenkungs-System sowohl das zweite Mittel zur Regelung aufweist, das eine Soll-Änderungsrate des Radlenkwinkels auf der Grundlage eines auf das Lenkrad einwirkenden Drehmoments ermittelt und eine zweite Regelgröße durch Subtrahieren einer Ist-Änderungsrate des Radlenkwinkels von der Soll-Änderungsrate des Radlenkwinkels ermittelt, als auch das dritte Mittel zur Regelung, das einen Soll-Radlenkwinkel auf der Grundlage des auf das Lenkrad einwirkenden Drehmoments ermittelt und eine dritte Regelgröße durch Subtrahieren eines Ist-Radlenkwinkels vom Soll-Radlenkwinkel ermittelt, stellt es immer eine erwünschte Servo-Charakteristik und eine erwünschte Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens bereit und verbessert die Eigenschaft des Nachfolgens der Räder, die Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens und die Geradeauslauf-Steuerbarkeit des Fahrzeugs ähnlich den elektrischen Servolenkungs-Systemen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels. Ferner weist das elektrische Servolenkungs-System ein überlegenes Ansprechverhalten und eine überlegene Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens auf, die über das elektrische Servolenkungs-System des ersten bzw. des zweiten Ausführungsbeispiels hinausgehen.
Um die vorgenannten Probleme zu lösen, ist es effektiv, die Empfindlichkeit der zweiten Regelgröße zu regulieren. Insbesondere kann die Empfindlichkeit der zweiten Regelgröße bei einem Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeit, einem Anstieg des Fahrzeuggesamtgewichts, einer Verringerung des Radlenkwinkels oder einer Verringerung der Änderungsrate des Radlenkwinkels erhöht werden.
Andererseits kann die Empfindlichkeit der zweiten Regelgröße bei einer Verringerung des Fahrbahnoberflächen-Reibungskoeffizienten verringert werden. Ferner implementiert das zweite Mittel zur Regelung eine Hochpassfilter-Verarbeitung der zweiten Regelgröße.
In den bevorzugten Ausführungsbeispielen ist es effektiv, das elektrische Servolenkungs-System so zu strukturieren, dass das erste Mittel zur Regelung eine Korrektur der ersten Regelgröße auf der Grundlage einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Änderungsrate des Radlenkwinkels vornimmt und das zweite Mittel zur Regelung eine Korrektur der zweiten Regelgröße auf der Grundlage einer Fahrzeuggeschwindigkeit vornimmt. In dem Fall, in dem eine Korrektur der ersten Regelgröße auf der Grundlage einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Änderungsrate des Radlenkwinkels vorgenommen wird und eine Korrektur der zweiten Regelgröße auf der Grundlage einer Fahrzeuggeschwindigkeit vorgenommen wird, gibt es, wenn eine parallele Ermittlung der ersten und der zweiten Regelgröße implementiert wird, Befürchtungen, dass die Korrelation zwischen der ersten und der zweiten Regelgröße geschwächt wird. Dies führt zu einer Verschlechterung der Eigenschaft des Nachfolgens der Räder und der Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens und verursacht eine Verschlechterung des Lenkgefühls. Gemäß dem elektrischen Servolenkungs-System, in dem das zweite Mittel zur Regelung eine Soll-Änderungsrate des Radlenkwinkels oder einen Soll-Radlenkwinkel auf der Grundlage einer im zweiten Mittel zur Regelung ermittelten zweiten Regelgröße ermittelt, wird jedoch die Korrelation zwischen der ersten und der zweiten Regelgröße verbessert. Dies gilt für den Fall, in dem das erste Mittel zur Regelung eine Korrektur der ersten Regelgröße auf der Grundlage einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Änderungsrate des Radlenkwinkels vornimmt und das zweite Mittel zur Regelung eine Korrektur der zweiten Regelgröße auf der Grundlage einer Fahrzeuggeschwindigkeit vornimmt. Dies verhindert eine Verschlechterung der Eigenschaft des Nachfolgens der Räder und der Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens oder wirkt dieser erheblich entgegen und verbessert das Lenkgefühl.
Wie oben beschrieben, regelt das elektrische Servolenkungs-System den Elektromotor mittels einer zweiten auf der Grundlage einer Änderungsrate des Radlenkwinkels oder auf der Grundlage eines Radlenkwinkels ermittelten Regelgröße, die unabhängig von Änderungen der Reibung und der Trägheit ist, so dass die Lenkvorrichtung unabhängig vom Betrag der Reibung und der Trägheit stets mit einer erwünschten Servo-Charakteristik und einer erwünschten Leistung zum Stellen des Lenkrads auf Mittelstellung betrieben wird. Damit werden Änderungen der Leistung bei Lenkvorrichtungen vermieden. Die Regelung des Elektromotors mittels einer zweiten Regelgröße verbessert die Eigenschaft des Nachfolgens der Räder beim Einschlagen des Lenkrads. Wenn außerdem der Drehmomentsensor ein Drehmoment von 0 (null) erkennt, ist die Regelung des Elektromotors bestrebt, die Soll-Änderungsrate des Radlenkwinkels oder den Radlenkwinkel auf 0 (null) zu bringen, wodurch eine Verbesserung der Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens und der Geradeauslauf-Steuerbarkeit des Fahrzeugs vorgesehen wird. Das Regulieren der Empfindlichkeit der zweiten Regelgröße anhand einer Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit, des Fahrzeuggesamtgewichts, des Radlenkwinkels oder anhand des Radlenkwinkels selbst bewirkt weitere erwünschte Servo-Charakteristiken und die erwünschte Leistung zum Stellen des Lenkrads auf Mittelstellung. Außerdem macht die Ermittlung der zweiten Regelgröße auf der Grundlage der Soll-Änderungsrate des Radlenkwinkels oder auf der Grundlage des Radlenkwinkels, der auf der Grundlage einer ersten Regelgröße ermittelt wird, das zweite Mittel zur Regelung einfach in der Bedienung und verbessert die Korrelation zwischen der ersten Regelgröße und der zweiten Regelgröße. Dies führt dazu, dass das Lenkgefühl deutlich verbessert ist.
Die vorgenannten und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit ihren bevorzugten Ausführungsbeispielen deutlich, wenn diese zusammen mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird; darin wurden durchgehend dieselben Bezugszeichen verwendet, um identische oder ähnliche Teile zu bezeichnen. Es zeigen:
1 eine Perspektivansicht eines elektrischen Servolenkungs-Systems der vorliegenden Erfindung;
2 ein Blockdiagramm, das eine Servolenkungs-Regelungseinheit des elektrischen Servolenkungs-Systems gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine Veranschaulichung, die ein Fahrzeugmodell zeigt;
4 ein Blockdiagramm, das eine Servolenkungs-Regelungseinheit des elektrischen Servolenkungs-Systems gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ein Blockdiagramm, das eine Servolenkungs-Regelungseinheit des elektrischen Servolenkungs-Systems gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ein Blockdiagramm, das eine Servolenkungs-Regelungseinheit des elektrischen Servolenkungs-Systems gemäß noch einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ein Blockdiagramm, das eine Servolenkungs-Regelungseinheit des elektrischen Servolenkungs-Systems gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
8 ein Blockdiagramm, das eine Servolenkungs-Regelungseinheit eines elektrischen Servolenkungs-Systems nach dem Stand der Technik zeigt.
In der folgenden Beschreibung werden Teile, die keine direkte Auswirkung auf die Erfindung haben, sowie Teile, die von rein herkömmlicher Konstruktion sind, nicht detailliert beschrieben. Beispielsweise werden Einzelheiten des Lenkgestänges, der innere Mechanismus des Lenkgetriebes, usw., die für das Lenksystem erforderlich sind, nicht im Detail dargelegt, weil ihre Konstruktion und ihre Funktionsweise von den Fachleuten auf diesem Gebiet problemlos erkannt werden können.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen und insbesondere auf 1, die ein elektrisches Servolenkungs-System zeigt, umfasst eine Lenkvorrichtung ein Lenkrad 11, das über eine Lenkspindel, die aus einer oberen Lenkspindel 12 und einer über ein Kreuzgelenk (nicht gezeigt) mit der oberen Lenkspindel 12 verbundenen unteren Lenkspindel 13 besteht, mit einem Lenkgetriebe 21 verbunden ist. Spurstangen 31 erstrecken sich vom Lenkgetriebe 21 aus an gegenüberliegenden Seiten und verbinden Vorderräder 32 (nur eins ist gezeigt) mit dem Lenkgetriebe 21. Das Lenkgetriebe 21 weist einen Zahnstangenmechanismus auf (nicht gezeigt). Die untere Lenkspindel 13 ist mit dem Zahnrad über ein elastisches Gelenk (nicht gezeigt) verbunden. Die Spurstangen 31 sind mit gegenüberliegenden Seiten der Zahnstange 21 verbunden. Sowie das Lenkrad 11 eingeschlagen wird, drehen sich die Lenkspindeln 12 und 13, um das durch den Fahrer ausgeübte Drehmoment an das Lenkgetriebe 21 zu übertragen, wo das durch den Fahrer ausgeübte Drehmoment multipliziert wird, so dass die Vorderräder leicht gedreht werden können.
Das Lenkgetriebe 21 ist mit einem Elektromotor 22 und einem Drehmomentsensor 41 versehen (siehe 2 und 4 bis 7). Der Elektromotor 22 stellt der Lenkvorrichtung über einen Untersetzungsgetriebesatz (nicht gezeigt) eine Drehmoment-Servounterstützung bereit, wodurch der Fahrzeuglenkung eine Drehmoment-Servounterstützung bereitgestellt wird. Der Drehmomentsensor 41 befindet sich zwischen der unteren Lenkspindel 13 und dem Untersetzungsgetriebesatz. Sowie das Lenkrad 11 eingeschlagen wird, erkennt der Drehmomentsensor 41 das durch den Fahrer auf das Lenkrad 11 ausgeübte Drehmoment. Eine Regelungseinheit, die im Allgemeinen durch das Bezugszeichen 5 in 1 bezeichnet wird, empfängt Signale, die Regelungsparameter darstellen, wie beispielsweise ein Signal der Fahrzeuggeschwindigkeit V von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 42 (siehe 2 und 4 bis 7) und ein Signal der Motordrehzahl ω des Elektromotors 22 von einem Motordrehzahlsensor 43 (siehe 2 und 4 bis 7) zusätzlich zu einem Signal des durch den Fahrer ausgeübten Drehmoments u vom Drehmomentsensor 41. Der Drehmomentsensor und Motordrehzahlsensoren sind in verschiedenen Formen bekannt, und die Sensoren 41, 42 bzw. 43 können jede beliebige Form annehmen, die nach dem Stand der Technik allgemein bekannt ist. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 42 kann eine Drehgeschwindigkeit jedes der Vorderräder messen. Der Motordrehzahlsensor 43 kann auf der Grundlage eines an den Elektromotor 22 angelegten Stroms eine Motordrehzahl ω direkt messen oder schätzen.
Bevor die Servolenkungs-Regelungseinheit 5 der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben wird, wird auf 8 Bezug genommen, um einen kurzen Hintergrund zu liefern, der das Verständnis der Funktionsweise der Servolenkungs-Regelungseinheit erleichtert.
8 veranschaulicht eine Servolenkungs-Regelungseinheit 5F für ein herkömmliches elektrisches Servolenkungs-System. Wie in 8 gezeigt, empfängt die Servolenkungs-Regelungseinheit 5F Signale, die Regelungsparameter darstellen, wie beispielsweise ein Signal des durch den Fahrer auf das Lenkrad 11 ausgeübten Drehmoments u von einem Drehmomentsensor 41, ein Signal der Fahrzeuggeschwindigkeit V von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 42, ein Signal der Motordrehzahl ω eines Elektromotors 22 von einem Motordrehzahlsensor 43. Motordrehzahlsensoren sind in verschiedenen Formen bekannt, und der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 42 bzw. der Motordrehzahlsensor 43 können jede beliebige Form annehmen, die nach dem Stand der Technik allgemein bekannt ist. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 42 kann eine Drehgeschwindigkeit jedes der Vorderräder messen. Der Motordrehzahlsensor 43 kann direkt eine Motordrehzahl ω des Elektromotors 22 messen oder eine Motordrehzahl ω auf der Grundlage eines an den Elektromotor 22 angelegten Stroms schätzen.
Die Servolenkungs-Regelungseinheit 5F umfasst einen Servo-Regelungsblock 51, einen Dämpfungs-Regelungsblock 52 und einen Motorregelungsblock 53. Im Servo-Regelungsblock 51 wird eine erste Motorregelgröße ermittelt, so dass ein Signal vom Drehmomentsensor 41 nicht mehr vorhanden ist. Im Dämpfungs-Regelungsblock 52 wird eine Bremsregelgröße für den Elektromotor 22 ermittelt. Im Motorregelungsblock 53 wird auf der Grundlage der ersten Regelgröße und der Bremsregelgröße eine Motorregelgröße ermittelt, insbesondere auf der Grundlage eines Ergebnisses einer Addition beider Größen oder einer Subtraktion einer Größe von der anderen.
Insbesondere multipliziert der Servo-Regelungsblock 51 (der im Folgenden als Mittel zur Servo-Regelung bezeichnet wird) ein gemessenes Lenkrad-Drehmoment u mit einem Servo-Regelungsverstärkungsfaktor Ka, um die erste Regelgröße bereitzustellen (Ka·u). Der Servo-Regelungsverstärkungsfaktor Ka ist, in Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit V, einem Lenkrad-Drehmoment u und einem Differenzialwert des Lenkrad-Drehmoments u, variabel und nimmt einen nicht negativen Wert (das heißt einen positiven Wert oder null) an. Der Servo-Regelungsverstärkungsfaktor Ka ist jedoch im Hinblick auf die Fahrzeuggeschwindigkeit V unveränderlich, ist aber bei niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten. In diesem Fall sind Lenkregelungs-Verstärkungfaktorkurven (L) und (H) für niedrigere Fahrzeuggeschwindigkeiten bzw. für höhere Fahrzeuggeschwindigkeiten vorbestimmt, um einer erwünschten Servo-Charakteristik zu entsprechen. Der Dämpfungs-Regelungsblock 52 (der im Folgenden als Mittel zur Dämpfungsregelung) bezeichnet wird, multipliziert einen Dämpfungs-Regelungsverstärkungsfaktor Kd mit einer Motordrehzahl ω, um eine Regelgröße bereitzustellen (Kd·ω). Der Dämpfungs-Regelungsverstärkungsfaktor Kd ist, in Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit V, einem Lenkrad-Drehmoment u und einer Motordrehzahl ω, variabel und nimmt einen nicht negativen Wert an. In diesem Fall sind Dämpfungsregelungs-Verstärkungfaktorkurven (L) und (H) für niedrigere Fahrzeuggeschwindigkeiten bzw. für höhere Fahrzeuggeschwindigkeiten vorbestimmt, um einer erwünschten Dämpfungs- oder Konvergenz-Charakteristik zu entsprechen. Ferner subtrahiert der Motorregelungsblock 53 (der im Folgenden als Mittel zur Motorantriebsregelung bezeichnet wird) die Regelgröße (Kd·ω) von der ersten Regelgröße (Kd·u), um eine Motorregelgröße (Kd·u – Kd·ω) vorzusehen. Die Servolenkungs-Regelungseinheit 5F sendet ein Regelungsbefehlssignal, das die Motorregelgröße (Kd·u – Kd·ω) darstellt, an den Elektromotor 22, um den Elektromotor 22 so zu regeln, dass er der Lenkvorrichtung ein erwünschtes Servo-Drehmoment bereitstellt. Dies führt dazu, dass der Fahrzeuglenkung eine Drehmoment-Servounterstützung bereitgestellt wird.
2 zeigt eine Servolenkungs-Regelungseinheit 5A gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Servolenkungs-Regelungseinheit 5A umfasst einen Servo-Regelungsblock 51 (der im Folgenden als Mittel zur Servo-Regelung bezeichnet wird) als erstes Mittel zur Regelung, einen Dämpfungs-Regelungsblock 52 (der im Folgenden als Mittel zur Dämpfungsregelung) bezeichnet wird und einen Motorantriebsregelungsblock 53 (der im Folgenden als Mittel zur Motorantriebsregelung bezeichnet wird). Die Servolenkungs-Regelungseinheit 5A empfängt Signale, die Regelungsparameter wie beispielsweise ein Signal des durch den Fahrer auf das Lenkrad 11 ausgeübten Lenkrad-Drehmoments u vom Drehmomentsensor 41, ein Signal der Fahrzeuggeschwindigkeit V vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 42 und ein Signal der Motordrehzahl ω des Elektromotors 22 vom Motordrehzahlsensor 43 darstellen.
Obwohl die Servolenkungs-Regelungseinheit 5A von ihrer funktionellen Struktur her im Grunde ähnlich der herkömmlichen Servolenkungs-Regelungseinheit 5F ist, ist die Servolenkungs-Regelungseinheit 5A zusätzlich mit einem Radlenkgeschwindigkeits-Regelungsblock 54 (im Folgenden als Mittel zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit bezeichnet) als zweitem Mittel zur Regelung versehen, wo eine zweite Regelgröße durch Subtrahieren einer Ist-Radlenkgeschwindigkeit von einer Soll-Radlenkgeschwindigkeit ermittelt wird. Der Begriff "Radlenkgeschwindigkeit", wie er in diesem Dokument verwendet wird, bedeutet und bezieht sich auf eine Änderungsrate des Vorderradlenkwinkels des Fahrzeugs.
In der Servolenkungs-Regelungseinheit 5A werden die Regelgrößen (Kd·u) und (Kd·ω) im Mittel zur Servo-Regelung 51 bzw. im Mittel zur Dämpfungsregelung 52 auf dieselbe Weise ermittelt, wie im Zusammenhang mit der in 8 gezeigten herkömmlichen Servolenkungs-Regelungseinheit 5F beschrieben.
Das Mittel zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit 54 empfängt ein Signal, das ein durch den Fahrer ausgeübtes Lenkrad-Drehmoment u darstellt, vom Drehmomentsensor 41 und ermittelt eine Soll-Motordrehzahl (Gv(s)·u) für den Elektromotor 22 durch Verwendung einer Übertragungsfunktion Gv(s) und des Lenkrad-Drehmoments u. In diesem Fall wird die Übertragungsfunktion Gv(s) auf der Grundlage eines Fahrzeugmodells eines mechanischen Systems der Lenkvorrichtung vom Drehmomentsensor 41 bis zu einem Reifen 32a auf dem Vorderrad 32 ermittelt. Wie in 3 gezeigt, erfolgt die Modellierung anhand der Annahme, dass eine Schraubenfeder 32a, die eine Gegenkraft eines Reifens 32a auf dem Vorderrad darstellt, gesichert wird. Die Übertragungsfunktion Gv(s) wird durch einen Ausdruck (I) angegeben, bei dessen Formulierung die Federkomponente Kt und die Dämpfungskomponente Ct des Reifens 32a und die Trägheit Im um die Kegelradachse des Elektromotors und um den Spurstangenhebel herum berücksichtigt werden. Gv(s) = (Ka + 1)·s/{Im·s2 + (Ct + Kd)s + Kt} (I)
Hierbei ist s ein Laplace-Operator.
Das Mittel zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit 54 ermittelt ferner eine Abweichung (Gv(s)·u – ω) einer vom Motordrehzahlsensor 43 erkannten Ist-Motordrehzahl ω des Elektromotors 22 von der Soll-Motordrehzahl (Gv(s)·u) und ermittelt dann eine zweite Regelgröße, indem die Abweichung (Gv(s)·u – ω) mit einem Regelungs-Verstärkungsfaktor Go(s) multipliziert wird. Im Mittel zur Motorregelung 53 wird eine Motorregelgröße ermittelt, indem die Regelgröße (Kd ω) vom Summenwert der im Mittel zur Regelung 51 bzw. 54 ermittelten Regelgrößen (Ka·u) und {(Gv(s)·u – ω) Go(s)} subtrahiert wird. Die Servolenkungs-Regelungseinheit 5A sendet ein Regelungsbefehlssignal, das die Motorregelgröße darstellt, an den Elektromotor 22 und regelt den Elektromotor 22 so, dass der Elektromotor 22 die Soll-Motordrehzahl (Gv(s)·u) erreicht.
Selbst in dem Fall, in dem eine Soll-Motordrehzahl (Gv(s)·u) aufgrund von Reibung oder Trägheit nicht erreicht wird, wenn der Elektromotor 22 durch Verwendung einer im Mittel zur Servo-Regelung 51 ermittelten Regelgröße (Ka·u) geregelt wird, regelt die Servolenkungs-Regelungseinheit 5A den Elektromotor 22 so, dass die Soll-Motordrehzahl (Gv(s)·u) erreicht wird. Daher wird Schub im Elektromotor 22 bereitgestellt, der ihm gefehlt hat, um die Soll-Motordrehzahl (Gv(s)·u) zu erreichen. Da die Motordrehzahl ω unabhängig von Änderungen der Reibung und/oder der Trägheit von strukturellen Komponenten oder Teilen der Lenkvorrichtung ermittelt wird, erreicht der Elektromotor 22 in diesem Fall stets die Soll-Motordrehzahl (Gv(s)·u), unabhängig von Änderungen der Reibung und/oder der Trägheit bei Lenkvorrichtungen, wodurch immer die erwünschten Servo-Charakteristiken bereitgestellt werden. Wenn ein Drehmoment auf das Lenkrad 11 wirkt, das von dem Drehmomentsensor 41 erkannt wird, mit anderen Worten, wenn eine Ansprechverzögerung bei einer Änderung des Radlenkwinkels der Vorderräder 32 im Hinblick auf ein Einschlagen des Lenkrads 11 auftritt, wird der Elektromotor 22 mittels der im Mittel zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit 54 ermittelten zweiten Regelgröße so geregelt, dass der Schub erhöht wird. Daher wird vermieden, dass das Lenkrad 11 bei der Betätigung ein schwammiges Gefühl bewirkt, und die Eigenschaft des Nachfolgens der Räder wird folglich verbessert. In diesem Fall kann der Radlenkwinkel aus einer Ist-Drehzahl des Elektromotors 22 ermittelt werden, die vom Motordrehzahlsensor 43 erkannt wird. Ferner kann die Radlenkgeschwindigkeit durch Ableitung vom Radlenkwinkel ermittelt werden. Ein Winkelsensor kann verwendet werden, um direkt einen Radlenkwinkel der Räder zu erkennen.
Wenn ferner der Drehmomentsensor 41 einen gemessenen Wert von null angibt, beispielsweise aufgrund des Loslassens eines eingeschlagenen Lenkrads 11, ermittelt das Mittel zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit 54 die zweite Regelgröße so, dass eine Motordrehzahl auf null gebracht wird. Dadurch wird verhindert, dass das Lenkrad 11 schwammig vibriert, und das Lenkrad 11 wird folglich mit einer verbesserten Leistung zum Stellen des Lenkrads auf Mittelstellung versehen. Da die Soll-Motordrehzahl (Gv(s)·u) immer auf null gesetzt wird, zeigt die Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens stets die beabsichtigten Charakteristiken, unabhängig vom Betrag der Reibung und/oder der Trägheit. Dies führt dazu, dass es keine Änderungen der Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens und damit des Lenkrads bei Lenkvorrichtungen gibt. Wenn sich andererseits der Radlenkwinkel, beispielsweise aufgrund von Unregelmäßigkeiten einer Straßenoberfläche ändert, wird die Motorregelung so implementiert, dass sie eine Drehzahl des Elektromotors 22 auf null bringt, was angibt, dass die Lenkvorrichtung versucht, das Lenkrad 11 in Mittelstellung zu halten. Dies verbessert die Geradeauslauf-Steuerbarkeit des Fahrzeugs.
Wie oben beschrieben, wird im elektrischen Servolenkungs-System der vorliegenden Erfindung der Elektromotor 22 so geregelt, dass er eine Soll-Drehzahl erreicht, die im Mittel zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit 54 auf der Grundlage des auf das Lenkrad 11 einwirkenden Drehmoments ermittelt wird. Wenn eine Änderung des Lenkwinkels des Vorderrads 32 auftritt, die von der im in 3 gezeigten Fahrzeugmodell abweicht, ist die Regelung so implementiert, dass die Differenz der Änderung des Lenkwinkels aufgehoben wird. Daher zeigt das elektrische Servolenkungs-System immer die beabsichtigten Servo-Charakteristiken der Lenkvorrichtung und die Leistung zum Stellen des Lenkrads auf Mittelstellung. Die Regelung ist ferner so implementiert, dass der Elektromotor 22 die Soll-Motordrehzahl (Gv(s)·u) erreicht, was eine Verbesserung der Eigenschaft des Nachfolgens der Räder, der Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens und der Geradeauslauf-Steuerbarkeit des Fahrzeugs bereitstellt. Außerdem kann die Servolenkungs-Regelungseinheit 5A des elektrischen Servolenkungs-Systems verwirklicht werden, indem lediglich die herkömmliche Servolenkungs-Regelungseinheit 5F mit dem Mittel zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit 54 versehen wird, das nicht teuer ist. Daher kann die Struktur der Lenkvorrichtung dieselbe sein wie bei der herkömmlichen Lenkvorrichtung, und es besteht keine Notwendigkeit, sie mit einem zusätzlichen Sensor zu versehen. Dies ist eine der beitragenden Ursachen sowohl für das Erreichen der vorgegebenen Servo-Charakteristiken und der Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens als auch für die Verbesserung der Eigenschaft des Nachfolgens der Räder, der Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens und der Geradeauslauf-Steuerbarkeit des Fahrzeugs insgesamt, die alle mit einer komplexen Regelung realisiert werden können, die jenseits des Leistungsumfangs einer preisgünstigen Servolenkungs-Regelungseinheit liegt.
Es kann wünschenswerter sein, dass das elektrische Servolenkungs-System den Regelungs-Verstärkungsfaktor Go(s) reguliert, mit anderen Worten, dass die Empfindlichkeit der im Mittel zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit 54 bereitgestellten Regelgröße geändert wird. Insbesondere wird die Regelung der Soll-Motordrehzahl (Gv(s)·u) im Mittel zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit 54 bevorzugt so reguliert, dass grundsätzlich die Geradeauslauf-Steuerbarkeit des Fahrzeugs verbessert wird, während das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt.
Wenn beispielsweise der Regelungs-Verstärkungsfaktor Go(s) durch eine Konstante Ko ersetzt wird, wird bevorzugt, die Konstante Ko auf verschiedene Weise, wie unten dargelegt, zu ändern.

(1) Die Konstante Ko wird bei einem Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeit V erhöht. Geringe Fahrzeuggeschwindigkeiten V führen dazu, dass das Fahrzeugmodell nicht mit dem tatsächlichen Fahrzeug übereinstimmt, zusätzlich dazu, dass sie einen geringeren Einfluss der Reibung auf die Lenkvorrichtung bewirken.
(2) Die Konstante Ko wird bei einer Verringerung des Fahrbahnoberflächen-Reibungskoeffizienten u verringert. Geringe Fahrbahnoberflächen-Reibungskoeffizienten u führen dazu, dass das Fahrzeugmodell aufgrund einer Verringerung der Gegenkraft des Reifens gegen Verwindung nicht mit dem tatsächlichen Fahrzeug übereinstimmt. Die Erkennung der Fahrbahnoberflächen-Reibungskoeffizienten u kann auf der Grundlage der Radgeschwindigkeit oder ansonsten auf jede beliebige herkömmliche Weise erfolgen.
(3) Die Konstante Ko wird bei einem Anstieg des Fahrzeuggesamtgewichts erhöht. Da sich bei schweren Fahrzeugen die Reifen nur schwer drehen lassen, wird bevorzugt, dass der Elektromotor 22 den Schub entsprechend erhöht. Die Erkennung des Fahrzeuggewichts kann mittels eines Lastsensors erfolgen oder ansonsten auf der Grundlage der Motorlast geschätzt werden.
(4) Die Konstante Ko wird bei einer Verringerung des Radlenkwinkels erhöht. Dies stellt eine Verbesserung bei der Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens bereit, und folglich eine Verbesserung der Geradeauslauf-Steuerbarkeit des Fahrzeugs.
(5) Die Konstante Ko wird bei einer Verringerung der Radlenkgeschwindigkeit erhöht. Wenn die Radlenkgeschwindigkeit hoch ist, erhöht sich die Trägheit der Vorderräder. Dies führt dazu, dass die Lenkung der Vorderräder oft dazu tendiert, bei einem Einschlag des Lenkrads zurückzubleiben. Daher wird bevorzugt, den Elektromotor 22 mit hohem Schub zu versehen. Anstatt die Konstante Ko anhand der Radlenkgeschwindigkeit zu ändern, kann ein Hochpassfilter als Ersatz für den Regelungs-Verstärkungsfaktor Go(s) verwendet werden, wie im folgenden Ausdruck (II) angegeben. Gv(s) = Ka·ωn·s/{s + ωn} (II)

Hierbei ist s ein Laplace-Operator.
Ferner wird in diesem Fall die Empfindlichkeit der im Mittel zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit 54 vorgesehenen Regelgröße (Reglungsempfindlichkeit) erhöht. Im Ausdruck (II) kann ωn auf geeignete Weise als Regulierungsparameter angepasst werden.
4 zeigt eine Servolenkungs-Regelungseinheit 5B gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Obwohl die Servolenkungs-Regelungseinheit 5B von ihrer funktionellen Struktur her im Grunde ähnlich der Servolenkungs-Regelungseinheit 5A ist, weist die Servolenkungs-Regelungseinheit 5B einen Radlenkwinkel-Regelungsblock 55 (im Folgenden als Mittel zur Regelung des Radlenkwinkels bezeichnet) als zweites Mittel zur Regelung anstelle des Mittels zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit 54 der Servolenkungs-Regelungseinheit 5A auf und ist außerdem mit einem Winkelsensor 44 versehen, der so funktioniert, dass er einen Drehwinkel θ_G des Elektromotors 22 erkennt. Die Servolenkungs-Regelungseinheit 5B empfängt zusätzlich ein Signal, das den Drehwinkel θ_G des Elektromotors 22 darstellt, vom Winkelsensor 44. Im Mittel zur Regelung des Radlenkwinkels 55 wird eine zweite Regelgröße ermittelt, indem ein Ist-Radlenkwinkel von einem Soll-Radlenkwinkel subtrahiert wird, der auf der Grundlage eines mittels des Drehmomentsensors 41 gemessenen Werts ermittelt wird. Obwohl der Ist-Drehwinkel θ_G des Elektromotors 22 verwendet wird, um einen Soll-Motordrehwinkel für den Elektromotor 22 als Ersatz für einen Soll-Radlenkwinkel zu ermitteln, kann dennoch ein Ist-Radlenkwinkel direkt erkannt werden, um einen Soll-Radlenkwinkel zu ermitteln.
Beim Betrieb der Servolenkungs-Regelungseinheit 5B empfängt das Mittel zur Regelung des Radlenkwinkels 55 ein Signal, das ein durch den Fahrer ausgeübtes Lenkrad-Drehmoment u darstellt, vom Drehmomentsensor 41 und ermittelt einen Soll-Motordrehwinkel (Gv(s)·u) für den Elektromotor 22 durch Verwendung einer Übertragungsfunktion Gv(s) und des Lenkrad-Drehmoments u. In diesem Fall wird die Übertragungsfunktion Gv(s) auf der Grundlage des in 3 gezeigten Fahrzeugmodells ermittelt und durch den folgenden Ausdruck (III) angegeben. Gv(s) = (Ka + 1)/{Im·s2 + (Ct + Kd)s + Kt} (III)
Hierbei ist s ein Laplace-Operator.
Das Mittel zur Regelung des Radlenkwinkels 55 ermittelt ferner eine Abweichung eines vom Motordrehzahlsensor 43 erkannten Ist-Drehwinkels θ_G des Elektromotors 22 von einem Soll-Motordrehwinkel (Gv(s)·u) und ermittelt dann eine zweite Regelgröße, indem die Abweichung (Gv(s)·u – θ_G) mit einem Regelungs-Verstärkungsfaktor Go(s) multipliziert wird.
Wenn erforderliche Regelgrößen in den Mitteln zur Regelung 51, 52 bzw. 55 ermittelt worden sind, wird im Mittel zur Motorantriebsregelung 53 eine Motorregelgröße ermittelt, indem die im Mittel zur Servo-Regelung 51 ermittelte erste Motorregelgröße und die im Mittel zur Regelung des Radlenkwinkels 55 ermittelte zweite Regelgröße addiert werden und dann die im Mittel zur Dämpfungsregelung 52 ermittelte Bremsregelgröße vom Ergebniswert subtrahiert wird. Die Servolenkungs-Regelungseinheit 5B sendet ein Regelungsbefehlssignal, das die Motorregelgröße darstellt, an den Elektromotor 22 und regelt den Elektromotor 22 so, dass der Elektromotor 22 sich um den Soll-Motordrehwinkel dreht. Die Regelung des Motordrehwinkels θ_G (das heißt des Radlenkwinkels) veranlasst den Elektromotor 22, einen Schub zu erzeugen, der gefehlt hat, damit der Elektromotor 22 den Soll-Motordrehwinkel (Gv(s)·u) anhand der im Mittel zur Regelung des Radlenkwinkels 55 ermittelten zweiten Regelgröße erreicht. Da in diesem Fall die zweite Regelgröße unabhängig von Änderungen der Reibung und/oder der Trägheit von strukturellen Komponenten oder Teilen der Lenkvorrichtung im Mittel zur Regelung des Radlenkwinkels 55 ermittelt wird, stellt die Servolenkungs-Regelungseinheit 5B stets die erwünschten Servo-Charakteristiken bereit. Dies verhindert, dass Lenkvorrichtungen unterschiedliche Servo-Charakteristiken aufweisen. Da der Elektromotor 22 mittels der im Mittel zur Regelung des Radlenkwinkels 55 ermittelten zweiten Regelgröße geregelt wird, wird bei einer Ansprechverzögerung bei der Lenkung der Vorderräder 32 nach einem Einschlagen des Lenkrads 11 der Elektromotor 22 so geregelt, dass er den Schub erhöht. Daher wird der Elektromotor 22 unmittelbar nach einem Einschlagen des Lenkrads 11 angetrieben. Dies verbessert die Eigenschaft des Nachfolgens der Räder.
Wenn es zu einer Ansprechverzögerung beim Lenkwinkel der Vorderräder 32 im Hinblick auf ein Einschlagen des Lenkrads 11 kommt, wird der Elektromotor 22 mittels der im Mittel zur Regelung des Radlenkwinkels 55 ermittelten zweiten Regelgröße so geregelt, dass er den Schub erhöht. Daher wird der Elektromotor 22 unmittelbar als Reaktion auf ein Einschlagen des Lenkrads 11 angetrieben. Somit wird die Eigenschaft des Nachfolgens der Räder, und somit des Lenkrads, verbessert. Wenn ferner der Drehmomentsensor 41 einen Messwert von null angibt, wird der Elektromotor 22 so geregelt, dass ein Drehwinkel θ_G von null erreicht wird. Wenn daher das eingeschlagene Lenkrad 11 losgelassen wird, wird der Radlenkwinkel null, um das Lenkrad schnell wieder in die mittlere oder neutrale Position zu bringen. Da der Soll-Motordrehwinkel unabhängig von dem Betrag der Reibung und/oder der Trägheit immer auf null gesetzt wird, funktioniert das Lenkrad stets mit einer erwünschten Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens.
Wenn aufgrund von Störungen eine Änderung des Radlenkwinkels auftritt, wird die Regelung implementiert, um den Radlenkwinkel auf null zu bringen. Dies verbessert die Geradeauslauf-Steuerbarkeit des Fahrzeugs.
Die Servolenkungs-Regelungseinheit 5B des elektrischen Servolenkungs-Systems kann ausgeführt sein, indem die herkömmliche Servolenkungs-Regelungseinheit 5F mit dem Winkelsensor 44 versehen wird, der so funktioniert, dass er einen Motordrehwinkel θ_G erkennt. Dies ist eine der beitragenden Ursachen für die Verbesserung der Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens, der Eigenschaft des Nachfolgens der Räder und der Geradeauslauf-Steuerbarkeit des Fahrzeugs, die mit einer komplexen Regelung realisiert werden können, die jenseits des Leistungsumfangs einer preisgünstigen Servolenkungs-Regelungseinheit liegt.
Es kann außerdem wünschenswerter sein, dass das elektrische Servolenkungs-System den Regelungs-Verstärkungsfaktor Go(s) reguliert, mit anderen Worten, dass die Empfindlichkeit der im Mittel zur Regelung des Radlenkwinkels 55 bereitgestellten Regelgröße geändert wird, um die Regelung so durchzuführen, dass die Geradeauslauf-Steuerbarkeit des Fahrzeugs verbessert wird, während das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt. Wenn insbesondere der Regelungs-Verstärkungsfaktor Go(s) durch eine Konstante Ko ersetzt wird, wird bevorzugt, die Konstante Ko auf verschiedene Weise, wie unten dargelegt, zu ändern.

(1) Vorzugsweise wird die Konstante Ko bei einem Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeit V erhöht.
(2) Vorzugsweise wird die Konstante Ko bei einer Verringerung des Fahrbahnoberflächen-Reibungskoeffizienten u verringert.
(3) Die Konstante Ko wird bei einem Anstieg des Fahrzeuggesamtgewichts erhöht.
(4) Die Konstante Ko wird bei einer Verringerung des Radlenkwinkels erhöht.
(5) Die Konstante Ko wird bei einer Verringerung der Radlenkgeschwindigkeit erhöht.

Anstatt die Konstante Ko anhand der Radlenkgeschwindigkeit zu ändern, kann ein Hochpassfilter als Ersatz für den Regelungs-Verstärkungsfaktor Go(s) verwendet werden, wie im Ausdruck (II) angegeben.
5 zeigt eine Servolenkungs-Regelungseinheit 5C gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Servolenkungs-Regelungseinheit 5C weist zusätzlich zu allen Komponenten der herkömmlichen Servolenkungs-Regelungseinheit 5F ein Mittel zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit 54 und ein Mittel zur Regelung des Radlenkwinkels 55 auf.
Wie oben beschrieben, erfolgt die Regelung mittels der in 2 gezeigten Servolenkungs-Regelungseinheit 5A dergestalt, dass die Radlenkgeschwindigkeit (eine Änderungsrate des Radlenkwinkels bzw. eine Änderungsrate des Motordrehwinkels) auf null gebracht wird, wenn kein auf das Lenkrad 11 einwirkendes Drehmoment u vorhanden ist. Die Regelung mittels der in 4 gezeigten Servolenkungs-Regelungseinheit 5B erfolgt dergestalt, dass der Radlenkwinkel (Motordrehwinkel) auf null gebracht wird, wenn kein auf das Lenkrad 11 einwirkendes Drehmoment u vorhanden ist. Somit wird die Regelung der Servolenkung auf der Grundlage der durch Lenken verursachten Verlagerung der Vorderräder mittels der Servolenkungs-Regelungseinheit 5A oder auf der Grundlage der Lenkgeschwindigkeit der Vorderräder mittels der Servolenkungs-Regelungseinheit 5B implementiert. Daher verursacht die Servolenkungs-Regelungseinheit 5A möglicherweise eine Aktion wie die Verringerung eines selbst ausrichtenden Drehmoments auf die Vorderräder auf andere Weise als die in 4 gezeigte Servolenkungs-Regelungseinheit 5B. Andererseits verursacht die Servolenkungs-Regelungseinheit 5B möglicherweise eine Ansprechverzögerung beim Lenken der Vorderräder nach einem Einschlagen des Lenkrads im Vergleich zur Servolenkungs-Regelungseinheit 5A. Die Servolenkungs-Regelungseinheit 5B erschwert möglicherweise ferner das Lenken, weil die Regelung so implementiert ist, dass der Radlenkwinkel auf null gebracht wird, selbst wenn ein auf das Lenkrad 11 einwirkendes Drehmoment u in einem Zustand verschwindet, in dem das Fahrzeug gelenkt bleibt.
Im Hinblick auf diese möglichen Probleme wurde die in 5 gezeigte Servolenkungs-Regelungseinheit 5C so angepasst, dass sie die Regelung auf der Grundlage sowohl der Radlenkgeschwindigkeit als auch des Radlenkwinkels durchführt.
In der Servolenkungs-Regelungseinheit 5C ermittelt das Mittel zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit 54 eine Soll-Motordrehzahl (Gv(s)·u) (Soll-Radlenkgeschwindigkeit) durch Verwendung einer Übertragungsfunktion Gv(s), die in Ausdruck (I) angegeben ist, und eines Lenkrad-Drehmoments u, und ermittelt dann eine Abweichung (Gv(s)·u – ω) der Soll-Motordrehzahl (Gv(s)·u) von einer Ist-Motordrehzahl ω des Elektromotors 22. Schließlich ermittelt das Mittel zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit 54 eine zweite Regelgröße, indem die Abweichung (Gv(s)·u – ω) mit einem Regelungs-Verstärkungsfaktor Gob(s) multipliziert wird.
Das Mittel zur Regelung des Radlenkwinkels 55 ermittelt einen Soll-Motordrehwinkel (Gv(s)s^–1·u) für den Elektromotor 22, indem es die Soll-Motordrehzahl (Gv(s)·u), die durch Multiplizieren des Lenkrad-Drehmoments u mit der Übertragungsfunktion Gv(s) ermittelt wird, integriert. Das Mittel zur Regelung des Radlenkwinkels 55 ermittelt eine Abweichung (Gv(s)s^–1·u – θ_G) des Soll-Motordrehwinkels (Gv(s)s^–1·u) von einem Ist-Motordrehwinkel θ_G.
In der Servolenkungs-Regelungseinheit 5C ermittelt das Mittel zur Motorantriebsregelung 53 eine Motorregelgröße, indem eine im Mittel zur Dämpfungsregelung 52 ermittelte Bremsregelgröße von einer Summe der in den Mitteln zur Regelung 51, 54 bzw. 55 ermittelten Regelgrößen subtrahiert wird. Die Servolenkungs-Regelungseinheit 5C sendet ein Regelungsbefehlssignal, das die Motorregelgröße darstellt, an den Elektromotor 22.
Da die Servolenkungs-Regelungseinheit 5C die Regelung sowohl des Motordrehwinkels als auch der Motordrehzahl implementiert, weist die Regelung unabhängig von Änderungen der Reibung und der Trägheit stets die erwünschte Servo-Charakteristik und Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens auf. Zusätzlich zu einer Verbesserung der Eigenschaft des Nachfolgens der Räder, der Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens und damit der Lenkvorrichtung, sowie der Geradeauslauf-Steuerbarkeit des Fahrzeugs ist die Servolenkungs-Regelungseinheit 5C eine Abhilfe für vorgenannte mögliche Probleme und versieht die Lenkvorrichtung mit einem verbesserten Ansprechverhalten.
Es ist wünschenswert, die Verstärkungsfaktoren Goa(s) und Gob(s) so zu regulieren, dass das Mittel zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit 54 und das Mittel zur Regelung des Radlenkwinkels 55 die Regelung dergestalt durchführen, dass die Geradeauslauf-Steuerbarkeit des Fahrzeugs grundsätzlich verbessert wird, während das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt. Insbesondere wenn die Verstärkungsfaktoren Goa(s) und Gob(s) durch Konstanten Koa bzw. Kob ersetzt werden, wird bevorzugt, die Konstanten Koa und Kob auf verschiedene Weise, wie unten dargelegt, zu ändern.

(1) Vorzugsweise werden die Konstanten Koa und Kob bei einem Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeit V erhöht.
(2) Vorzugsweise werden die Koa und Kob bei einer Verringerung des Fahrbahnoberflächen-Reibungskoeffizienten u verringert.
(3) Die Konstanten Koa und Kob werden bei einem Anstieg des Fahrzeuggesamtgewichts erhöht.
(4) Die Konstanten Koa und Kob werden bei einer Verringerung des Radlenkwinkels erhöht.
(5) Die Konstanten Koa und Kob werden bei einer Verringerung der Radlenkgeschwindigkeit erhöht.

Anstatt die Konstanten Koa und Kob anhand der Radlenkgeschwindigkeit zu ändern, kann ein Hochpassfilter als Ersatz für den Regelungs-Verstärkungsfaktor Goa(s) bzw. Gob(s) verwendet werden, wie im Ausdruck (II) angegeben.
6 zeigt eine Servolenkungs-Regelungseinheit 5D gemäß noch einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Servolenkungs-Regelungseinheit 5D weist ein Mittel zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit 54d auf, das dem Mittel zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit 54 der in 2 gezeigten Servolenkungs-Regelungseinheit 5A ähnlich ist, aber eine andere Struktur aufweist.
Das Mittel zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit 54 empfängt ein Signal, das ein durch den Fahrer ausgeübtes Lenkrad-Drehmoment u darstellt, vom Drehmomentsensor 41, und ein Signal, das eine Motorregelgröße darstellt, vom Mittel zur Motorregelung 53 und ermittelt eine Soll-Motordrehzahl (Gv(s)·u) für einen Elektromotor 22 durch Verwendung einer Übertragungsfunktion Gv(s) und eines Ergebnisses der Summe des Lenkrad-Drehmoments u und der Motorregelgröße. In diesem Fall wird die Übertragungsfunktion Gv(s), die auf der Grundlage eines Fahrzeugmodells eines Teils der Lenkvorrichtung zwischen dem Drehmomentsensor 41 und einem Reifen 32a auf dem Vorderrad 32 ermittelt wird, durch den folgenden Ausdruck (IV) angegeben. Gv(s) = (Kb·s)/{Im·s2 + (Ct + Kd)s + Kt} (IV)
Hierbei ist Kb der Regulierungsparameter, der auf geeignete Weise ermittelt werden kann, und s ist ein Laplace-Operator.
Wie aus dem Ausdruck (IV) hervorgeht, ist der Servo-Regelungsverstärkungsfaktor Ka nicht in der Übertragungsfunktion Gv(s) enthalten.
Das Mittel zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit 54 ermittelt eine Abweichung (Gv(s)·u – ω) der Soll-Motordrehzahl (Gv(s)·u) von einer vom Motordrehzahlsensor 43 erkannten Ist-Motordrehzahl ω des Elektromotors 22 und ermittelt dann eine zweite Regelgröße, indem die Abweichung (Gv(s)·u – ω) mit einem Regelungs-Verstärkungsfaktor Go(s) multipliziert wird. Andererseits wird im Mittel zur Motorregelung 53 eine Motorregelgröße ermittelt, indem eine im Mittel zur Dämpfungsregelung 52 ermittelte Bremsregelgröße vom Summenwert der im Mittel zur Servo-Regelung 51 bzw. im Mittel zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit 54 ermittelten Regelgrößen subtrahiert wird. Die Servolenkungs-Regelungseinheit 5D sendet ein Regelungsbefehlssignal, das die Motorregelgröße darstellt, an den Elektromotor 22, und regelt den Elektromotor so, dass der Elektromotor 22 die Soll-Motordrehzahl (Gv(s)·u) erreicht. In der Servolenkungs-Regelungseinheit 5D wird die Regelung der Motordrehzahl ω mittels des Mittels zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit 54 wie bei der in 2 gezeigten Servolenkungs-Regelungseinheit 5A durchgeführt, so dass Schub im Elektromotor 22 bereitgestellt wird, der dem Elektromotor 22 gefehlt hat, um die Soll-Motordrehzahl (Gv(s)·u) zu erreichen. Daher weist die Lenkvorrichtung stets eine erwünschte Servo-Charakteristik und eine erwünschte Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens auf. Außerdem ist bei der Lenkvorrichtung die Eigenschaft des Nachfolgens der Räder verbessert.
Das Mittel zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit 54 ermittelt eine Soll-Motordrehzahl (Gv(s)·u) auf der Grundlage einer Motorregelgröße für den Elektromotor 22, das heißt auf der Grundlage der im Mittel zur Servo-Regelung 51 bzw. im Mittel zur Dämpfungsregelung 52 ermittelten Regelgrößen. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, den Servo-Regelungsverstärkungsfaktor Ka in die Übertragungsfunktion Gv(s) zu integrieren (siehe Ausdruck IV), weil er bereits in der im Mittel zur Servo-Regelung 51 ermittelten Regelgröße berücksichtigt wird. Folglich besteht keine Notwendigkeit, einen Differenzialwert des Lenkrad-Drehmoments u zu verwenden, der erforderlich ist, um einen Servo-Regelungsverstärkungsfaktor Ka zu ermitteln. Dies macht die Struktur und den Betrieb des Mittels zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit 54 einfach. Zusätzlich erlaubt dies der Servolenkungs-Regelungseinheit 5D, wegen der Nichtverwendung der Daten des Servo-Regelungsverstärkungsfaktors Ka und seiner zugehörigen Werte eine geringe Speicherkapazität aufzuweisen.
Abweichend von der Regelung, in der eine parallele Ermittlung von Regelgrößen im Mittel zur Servo-Regelung 51 implementiert ist, wird gemäß der Servolenkungs-Regelungseinheit 5D die Soll-Motordrehzahl im Mittel zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit 54 auf der Grundlage von Regelgrößen ermittelt, die im Mittel zur Servo-Regelung 51 bzw. im Mittel zur Dämpfungsregelung 52 ermittelt worden sind. Dies verbessert die Korrelation zwischen der Regelgröße, die durch Addieren der im Mittel zur Servo-Regelung 51 ermittelten Regelgröße und durch Subtrahieren der im Mittel zur Dämpfungsregelung 52 ermittelten Regelgröße (das heißt der Regelgröße, die durch Vornehmen einer Korrektur der im Mittel zur Servo-Regelung 51 erhaltenen Regelgröße auf der Grundlage der im Mittel zur Dämpfungsregelung 52 ermittelten Regelgröße erhalten wurde) angegeben wird und der im Mittel zur Regelung der Radlenkgeschwindigkeit 54 ermittelten Regelgröße. Dies führt dazu, dass eine Verbesserung der Eigenschaft des Nachfolgens der Räder und der Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens vorgesehen wird. Dadurch ergibt sich eine weitere Verbesserung des Lenkgefühls. Es kann wünschenswerter sein, dass das elektrische Servolenkungs-System den Regelungs-Verstärkungsfaktor Go(s) auf dieselbe Weise reguliert, wie oben beschrieben.
7 zeigt eine Servolenkungs-Regelungseinheit 5E gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Servolenkungs-Regelungseinheit 5E weist eine ähnliche Struktur auf, wie die in 4 gezeigte Servolenkungs-Regelungseinheit 5B, weicht aber in der Funktionsweise eines Mittels zur Regelung des Radlenkwinkels 55 ab. Das Mittel zur Regelung des Radlenkwinkels 55 ermittelt eine Regelgröße für ein von einem Drehmomentsensor 41 erkanntes Lenkrad-Drehmoment u und eine Motorregelgröße, die im Mittel zur Motorregelung 53, wie dem Mittel zur Regelung des Radlenkwinkels 55 der in 6 gezeigten Servolenkungs-Regelungseinheit 5D, ermittelt wird.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Übertragungsfunktion Gv(s), die auf der Grundlage eines Fahrzeugmodells eines Teils der in 3 gezeigten Lenkvorrichtung ermittelt wird, durch den unten stehenden Ausdruck (V) angegeben. Gv(s) = Kb/{Im·s2 + (Ct + Kd)s + Kt} (V)
Da die Servolenkungs-Regelungseinheit 5E die Regelung des Motordrehwinkels θ_G ähnlich der Servolenkungs-Regelungseinheit 5B durchführt, weist die Lenkvorrichtung stets eine erwünschte Servo-Charakteristik und eine erwünschte Eigenschaft der Räder zum Aufheben des Gier-Überschießens auf. Außerdem ist bei der Lenkvorrichtung die Eigenschaft des Nachfolgens der Räder verbessert, und die Vorderräder kehren schnell und gleichmäßig in eine Geradeausfahrposition zurück. Da das Mittel zur Regelung des Radlenkwinkels 55 einen Soll-Motordrehwinkel auf der Grundlage einer im Mittel zur Motorantriebsregelung 53 ermittelten Motorregelgröße ermittelt, ist es nicht erforderlich, den Servo-Regelungsverstärkungsfaktor Ka in die Übertragungsfunktion Gv(s) zu integrieren. Dies macht die Struktur und den Betrieb des Mittels zur Regelung des Radlenkwinkels 55 einfach. Zusätzlich erlaubt dies der Servolenkungs-Regelungseinheit 5E, wegen der Nichtverwendung der Daten des Servo-Regelungsverstärkungsfaktors Ka und seiner zugehörigen Werte eine geringe Speicherkapazität aufzuweisen. Da außerdem der Soll-Motordrehwinkel im Mittel zur Regelung des Radlenkwinkels 55 auf der Grundlage von Regelgrößen ermittelt wird, die im Mittel zur Servo-Regelung 51 bzw. im Mittel zur Dämpfungsregelung 52 ermittelt werden, ist eine Verbesserung der Korrelation zwischen der Regelgröße, die durch Addieren der im Mittel zur Servo-Regelung 51 ermittelten Regelgröße und Subtrahieren der im Mittel zur Dämpfungsregelung 52 ermittelten Regelgröße angegeben wird, und der im Mittel zur Regelung des Radlenkwinkels 55 ermittelten Regelgröße vorgesehen. Dies führt dazu, dass das Lenkgefühl verbessert wird. Es kann außerdem wünschenswerter sein, dass das elektrische Servolenkungs-System den Regelungs-Verstärkungsfaktor Go(s) auf dieselbe Weise reguliert, wie oben beschrieben.
Bei dem mit der Servolenkungs-Regelungseinheit 5A-5E ausgestatteten elektrischen Servolenkungs-System kann der Elektromotor 22 so am Lenkgetriebe 21 angebracht sein, dass Schub auf die Zahnstange anstatt auf das Zahnrad aufgebracht wird. In diesem Fall wird das Fahrzeugmodell entsprechend geändert.

Claims

Elektrisches Servolenkungs-System für ein Fahrzeug, das einen Elektromotor (22) regelt, um ein Drehen eines Lenkrads (11) zu unterstützen, umfassend einen Drehmomentsensor (41), der zwischen dem Lenkrad (11) und den Vorderrädern (32) des Fahrzeugs angeordnet ist und der so funktioniert, dass er ein auf das Lenkrad (11) einwirkendes Drehmoment erkennt; erste Mittel zur Regelung (51) zum Ermitteln einer ersten, ein Servo-Drehmoment darstellenden Regelgröße, um das Drehmoment auszugleichen, wenn der Elektromotor (22) mittels der ersten Regelgröße geregelt wird, gekennzeichnet durch zweite Mittel zur Regelung (54) zum Berechnen einer Soll-Änderungsrate des Radlenkwinkels auf der Grundlage der ersten, ein Servo-Drehmoment darstellenden Regelgröße, wobei berechnet wird, dass die Soll-Rate null ist, wenn das erkannte Drehmoment null ist, und zum Ermitteln einer zweiten Regelgröße durch Subtrahieren einer Ist-Änderungsrate des Radlenkwinkels von der Soll-Änderungsrate des Radlenkwinkels; und Mittel zur Motorregelung (53) zum Ermitteln einer Motorregelgröße durch Addieren der ersten Regelgröße und der zweiten Regelgröße und zum Regeln des Elektromotors (22) mittels der Motorregelgröße.
Elektrisches Servolenkungs-System für ein Fahrzeug, das einen Elektromotor (22) regelt, um ein Drehen eines Lenkrads (11) zu unterstützen, umfassend einen Drehmomentsensor (41), der zwischen dem Lenkrad (11) und den Vorderrädern (32) des Fahrzeugs angeordnet ist und der so funktioniert, dass er ein auf das Lenkrad einwirkendes Drehmoment erkennt; erste Mittel zur Regelung (51) zum Ermitteln einer ersten, ein Servo-Drehmoment darstellenden Regelgröße, um das Drehmoment auszugleichen, wenn der Elektromotor (22) mittels der ersten Regelgröße geregelt wird, gekennzeichnet durch zweite Mittel zur Regelung (55) zum Berechnen eines Soll-Radlenkwinkels auf der Grundlage der ersten Regelgröße, wobei berechnet wird, dass der Soll-Radlenkwinkel null ist, wenn das ermittelte Drehmoment null ist, und zum Ermitteln einer zweiten Regelgröße durch Subtrahieren eines Ist-Radlenkwinkels von dem Soll-Radlenkwinkel; und Mittel zur Motorregelung (53) zum Ermitteln einer Motorregelgröße durch Addieren der ersten Regelgröße und der zweiten Regelgröße und zum Regeln des Elektromotors mittels der Motorregelgröße.
Elektrisches Servolenkungs-System nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei der ersten Regelgröße um das Drehmoment handelt.
Elektrisches Servolenkungs-System nach Anspruch 1, wobei es sich bei der ersten Regelgröße um das Drehmoment handelt, und gekennzeichnet durch dritte Mittel zur Regelung (55) zum Berechnen eines Soll-Radlenkwinkels auf der Grundlage einer Änderung des Drehmoments und zum Ermitteln einer dritten Regelgröße durch Subtrahieren eines Ist-Radlenkwinkels von dem Soll-Radlenkwinkel, wobei das Mittel zur Motorregelung die Motorregelgröße durch Addieren der ersten Regelgröße, der zweiten Regelgröße und der dritten Regelgröße ermittelt und den Elektromotor (22) mittels der Motorregelgröße regelt.
Elektrisches Servolenkungs-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mittel zur Regelung (54) bei einem Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeit einen Verstärkungsfaktor für die zweite Regelgröße erhöht.
Elektrisches Servolenkungs-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mittel zur Regelung (54) bei einer Verringerung des Fahrbahnoberflächen-Reibungskoeffizienten einen Verstärkungsfaktor für die zweite Regelgröße verringert.
Elektrisches Servolenkungs-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mittel zur Regelung (54) bei einem Anstieg des Fahrzeuggewichts einen Verstärkungsfaktor für die zweite Regelgröße erhöht.
Elektrisches Servolenkungs-System nach Anspruch 3, wobei das zweite Mittel zur Regelung (54) bei einer Verringerung des Radlenkwinkels einen Verstärkungsfaktor für die zweite Regelgröße erhöht.
Elektrisches Servolenkungs-System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zweite Mittel zur Regelung (54) eine Hochpassfilter-Verarbeitung der zweiten Regelgröße durchführt.
Elektrisches Servolenkungs-System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel zur Regelung (51) eine Korrektur der ersten Regelgröße auf der Grundlage einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Änderungsrate des Radlenkwinkels vornimmt und das zweite Mittel zur Regelung (54, 55) eine Korrektur der zweiten Regelgröße auf der Grundlage einer Fahrzeuggeschwindigkeit vornimmt.