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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung:
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeuglenkvorrichtung
eines elektrischen Lenksystems, die mit einem Lenkgriff versehen
ist, der von einem Fahrer zum Lenken eines Fahrzeugs betätigt wird,
einem Einschlagstellglied, um gelenkte Räder einzuschlagen und eine
Einschlagsteuervorrichtung, welche das Einschlagstellglied in Übereinstimmung
mit der Betätigung
des Lenkgriffs zum Einschlagen der gelenkten Räder antreibt und steuert.
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Erläuterung
des Standes der Technik:
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Die
Entwicklung der Lenkvorrichtung eines elektrischen Lenksystems dieser
Art wurde in letzter Zeit erfolgreich durchgeführt. Beispielsweise offenbart
die nachstehende Patentreferenz 1 eine Lenkvorrichtung, welche einen
Lenkwinkel und eine Fahrzeuggeschwindigkeit erfasst, ein Übersetzungsverhältnis berechnet,
das mit dem Anstieg des Lenkwinkels fällt und mit dem Anstieg der
Fahrzeuggeschwindigkeit steigt, den Lenkwinkel (die Größe der Verschiebung
einer Zahnstange) eines Vorderrads berechnet, indem sie den Lenkwinkel
durch dieses Übersetzungsverhältnis dividiert
und das Vorderrad in den berechneten Einschlagswinkel einschlägt. In dieser
Lenkvorrichtung wird der berechnete Lenkwinkel in Übereinstimmung
mit der Lenkgeschwindigkeit korrigiert, die man durch Ableiten des
erfassten Winkels am Lenkgriff bzw. Lenkrad nach der Zeit erhält, wodurch
die Lenkantwort und die Führungsgenauigkeit
des Vorderrads verbessert wird. Weiterhin wird eine Zielgierrate
durch Verwendung der erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit und des erfassten
Grifflenkwinkels berechnet, und der berechnete Lenkwinkel wird in Übereinstimmung
mit dem Unterschied zwischen der berechneten Zielgierrate und der
erfassten tatsächlichen
Gierrate korrigiert, wodurch die Lenksteuerung unter Berücksichtigung
des Fahrzeugverhaltens realisiert wird.
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Die
nachstehend erörterte
Patentreferenz 2 offenbart eine Lenkvorrichtung, welche ein Lenkmoment
und einen Grifflenkwinkel erfasst, zwei Lenkwinkel berechnet, die
sich mit dem Anstieg des Lenkdrehmoments und des Grifflenkwinkels
erhöhen,
und das Vorderrad in den Einschlagswinkel einschlägt, den
man durch Addieren dieser berechneten Lenkwinkel erhält. In dieser
Lenkvorrichtung wird auch die Fahrzeuggeschwindigkeit erfasst, wobei
beide Lenkwinkel über
diese erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit korrigiert werden, wodurch
die Kurvenfahreigenschaften in Übereinstimmung
mit der Fahrzeuggeschwindigkeit geändert werden.
- [Patentreferenz
1]
Japanische ungeprüfte Patentanmeldung
Nr. 2000-85604
- [Patentreferenz 2]
Japanische
ungeprüfte
Patentanmeldung Nr. HEI 11-124047
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Die
beiden herkömmlichen
Vorrichtungen erfassen den Lenkwinkel und das Lenkmoment, die durch
einen Fahrer an einen Lenkgriff zum Lenken des Fahrzeugs eingegebene
Betätigungswerte
sind, berechnen direkt den Lenkwinkel der Vorderräder unter
Nutzung dieser erfassten Lenkwinkel und Lenkmomente und schlagen
das Vorderrad in den berechneten Lenkwinkel ein. Obwohl die mechanische
Verbindung zwischen dem Lenkgriff und den gelenkten Rädern nicht
besteht, gleichen diese Einschlagsteuerungen der Vorderräder jedoch
unter dem Gesichtspunkt eines Verfahrens zur Lenkung der Vorderräder mit
Bezug auf den Betrieb des Lenkgriffs im grundlegenden technischen
Konzept dieser vollständig,
weil der Lenkwinkel der Vorderräder
so bestimmt wird, dass er zu der Lenkposition und der Lenkkraft
am Lenkgriff passt. Der Lenkwinkel des Vorderrads wird durch diese
Verfahren für
die Kurvenfahrt nicht so bestimmt, dass er zu den sensorischen Merkmalen
eines Menschen passt, so dass der Fahrer ein Gefühl einer Unstimmigkeit hat
und es für
ihn schwierig ist, das Fahrzeug zu führen.
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Insbesondere
wird in den herkömmlichen Vorrichtungen
der Lenkwinkel, der nicht vom Fahrer wahrgenommen werden kann, direkt
so festgelegt, dass er der Betätigung
des Lenkgriffs entspricht, und das Fahrzeug fährt durch das Einschlagen des
Vorderrads in Übereinstimmung
mit dem Lenkwinkel in die Kurve. Der Fahrzeugführer hat durch Gefühl oder Sicht
die Querbeschleunigung, Gierrate und Kurvenkrümmung des Fahrzeugs wahrgenommen,
die durch die Kurvenfahrt des Fahrzeugs erzeugt werden, und hat
diese in einer gewünschten
Weise in eine die Kurvenfahrt des Fahrzeugs regelnde Betätigung des
Lenkgriffs eingebracht. In anderen Worten ist der Lenkwinkel des
Vorderrads relativ zu der Betätigung
des Lenkgriffs durch den Fahrer eine physikalische Größe, die
ein Mensch nicht wahrnehmen kann. Daher wird der Lenkwinkel, der
direkt abhängig von
dem Lenkvorgang durch den Fahrer festgelegt wird, nicht so festgelegt,
dass er sich an die Merkmale der Wahrnehmung des Fahrers anpasst,
woraus sich ergibt, dass der Fahrer eine Unstimmigkeit fühlt. Dies
macht es für
den Fahrer schwer, das Fahrzeug zu führen.
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In
den herkömmlichen
Vorrichtungen wird der festgelegte Einschlagwinkel in Übereinstimmung mit
dem Unterschied zwischen der Zielgierrate, die durch Verwendung
der erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit und des erfassten Lenkwinkels
am Griff berechnet wird, und der erfassten tatsächlichen Gierrate korrigiert.
Dies ist nur eine Korrektur des Einschlagwinkels unter Berücksichtigung
des Fahrzeugverhaltens, so dass der Einschlagwinkel nicht in Übereinstimmung
mit der Gierrate festgelegt wird, welche der Fahrer durch die Betätigung des
Lenkgriffs wahrnimmt. In Übereinstimmung
damit wird auch in diesem Fall der mit Bezug auf den Lenkvorgang
durch den Fahrer festgelegte Lenkwinkel nicht so festgelegt, dass
er an die Merkmale der Wahrnehmung des Fahrers angepasst ist und
daher macht es dies für
den Fahrer schwer, das Fahrzeug zu führen.
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Um
das vorstehend genannte Problem zu lösen, haben die Erfinder der
vorliegenden Erfindung die Forschung an einer Fahrzeugsteuervorrichtung angepackt,
welche ein Fahrzeug angepasst an die Merkmale der Wahrnehmung eines
Menschen mit Bezug auf die Betätigung
eines Lenkgriffs bzw. Lenkrads durch einen Fahrer lenken kann. Mit
Bezug auf die vorstehend beschriebenen Merkmale der Wahrnehmung
eines Menschen führt
das Weber-Fechnersche Gesetz aus, dass die sensorische Größe für einen
Menschen proportional zum Logarithmus einer physikalischen Größe einer
gegebenen Stimulation ist. In anderen Worten kann die Beziehung
zwischen der Betätigungsgröße und der
physikalischen Größe an die
Merkmale der Wahrnehmung des Menschen angepasst werden, wenn die
physikalische Größe der Stimulation,
die einem Menschen mit Bezug auf die Betätigungsgröße durch den Menschen vermittelt wird,
in der Weise einer Exponentialfunktion in dem Fall verändert wird,
in dem die Betätigungsgröße eine Verschiebung
ist, oder wenn die vorstehend erwähnte Betätigungsgröße in der Art einer Exponentiationsfunktion
in dem Fall verändert
wird, in dem die Betätigungsgröße ein Drehmoment
ist. Die Erfinder fanden als ein Ergebnis der Anwendung des Weber-Fechnerschen
Gesetzes auf einen Fahrzeugsteuervorgang das Folgende heraus.
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Beim
Fahren eines Fahrzeugs fährt
das Fahrzeug durch die Betätigung
eines Lenkgriffs eine Kurve. Die Kurvenfahrt des Fahrzeug verändert die Größe des Bewegungszustands
des Fahrzeugs wie die Querbeschleunigung, die Gierrate, die Kurvenkrümmung und ähnliche
Werte. Der Fahrer nimmt diese Größe des Bewegungszustands
des Fahrzeugs über
einen Tast- oder Gesichtssinn wahr. Wenn daher die Größe des Bewegungszustands
des Fahrzeugs, die ein Fahrer wahrnehmen kann, in der Art einer
Exponentialfunktion oder in der Art einer Exponentiationsfunktion
mit Bezug auf die Betätigung des
Lenkgriffs durch den Fahrer geändert
wird, kann er/sie das Fahrzeug durch an die Merkmale der Wahrnehmung
angepasstes Betätigen
des Lenkgriffs fahren.
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KURZE ERLÄUTERUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung basiert auf der vorstehend erwähnten Feststellung
und zielt darauf ab, eine Fahrzeuglenkvorrichtung zu schaffen, bei der
ein Fahrzeug angepasst an eine Wahrnehmungseigenschaft eines Menschen
durch die Betätigung
eines Lenkgriffs durch einen Fahrer gelenkt wird, wodurch es einfach
ist, ein Fahrzeug in allen Geschwindigkeitsbereichen zu führen.
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Um
das vorstehend erwähnte
Problem zu lösen,
ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein Lenkstellglied
zum Einschlagen gelenkter Räder
und eine Einschlagsteuervorrichtung, die das Lenkstellglied in Übereinstimmung
mit der Betätigung
des Lenkgriffs zum Einschlagen der gesteuerten Räder antreibt und steuert, in
einer Lenksteuervorrichtung eines elektrischen Lenksystems vorgesehen
ist, das mit einem Lenkgriff versehen ist, der durch einen Fahrer
zum Lenken eines Fahrzeugs betätigt
wird, wobei die Einschlagssteuervorrichtung Folgendes aufweist:
eine Einrichtung zur Erfassung eines eingegebenen Betätigungswerts, die
einen von einem Fahrer an dem Lenkgriff eingegebenen Betätigungswert
erfasst; eine Einrichtung zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit,
die eine Fahrzeuggeschwindigkeit erfasst; eine Einrichtung zur Berechnung
einer Bewegungszustandsgröße, die
mehrere antizipierte Bewegungszustandsgrößen des Fahrzeugs unter Verwendung
des erfassten eingegebenen Betätigungswerts
berechnet, wobei die mehreren antizipierten Bewegungszustandsgrößen des
Fahrzeugs den Bewegungszustand des Fahrzeugs wiedergeben, der sich
auf eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs bezieht und von einem Fahrer
wahrgenommen werden kann, und mit dem an dem Lenkgriff eingegebenen
Betätigungswert
in der vorab bestimmten Beziehung einer Exponentialfunktion oder in
der vorab bestimmten Beziehung einer Exponentiationsfunktion stehen;
eine Einrichtung zur Be rechnung des Einschlagswinkels, die einen
Einschlagwinkel der gelenkten Räder
berechnet, der notwendig ist, damit das Fahrzeug mit jeder der antizipierten
Bewegungsgrößen eine
Kurve fährt,
die von der Einrichtung zur Berechnung der Bewegungszustandsgrößen berechnet
wurden; eine Einrichtung zur Bestimmung eines Einschlagwinkels,
die zumindest einen Einschlagwinkel unter den Einschlagswinkeln
auswählt
und bestimmt, die jeder der antizipierten Bewegungszustandsgrößen entsprechen
und durch die Einrichtung zur Berechnung der Einschlagswinkel auf
der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet werden, die
von der Einrichtung zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit erfasst
ist; und eine Einschlagsteuereinrichtung, welche das Einschlagstellglied
in Übereinstimmung
mit dem Einschlagwinkel steuert, der von der Vorrichtung zur Festlegung
des Einschlagwinkels zum Einschlagen der gelenkten Räder in den
bestimmten Einschlagwinkel bestimmt ist.
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In
diesem Fall kann die Einrichtung zur Bestimmung des Einschlagwinkels
mindestens einen Einschlagwinkel dadurch festlegen, dass sie das
Verhältnis
jedes Einschlagwinkels, der jeder der antizipierten Bewegungszustandsgrößen entspricht
und von der Einrichtung zur Berechnung des Einschlagwinkels berechnet
ist, zu der Fahrzeuggeschwindigkeit ändert, die von der Einrichtung
zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit erfasst ist. Das geänderte Verhältnis kann
durch eine Funktion wiedergegeben werden, welche die erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit
als eine Variable aufweist.
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Ein
anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, dass sie ein
Einschlagstellglied zum Einschlagen gelenkter Räder und eine Einschlagsteuervorrichtung,
die das Einschlagstellglied in Übereinstimmung
mit der Betätigung
des Lenkgriffs zum Einschlagen der gelenkten Räder antreibt und steuert, in einer
Fahrzeuglenkvorrichtung eines elektrischen Lenksystems aufweist,
das mit einem Lenkgriff versehen ist, der von einem Fahrer zum Lenken
eines Fahrzeugs betätigt
wird, wobei die Einschlagsteuervorrichtung Folgendes aufweist: eine
Einrichtung zur Erfassung eines eingegebenen Betätigungswerts, der einen von
einem Fahrer über
den Lenkgriff eingegebenen Betätigungswert
erfasst; eine Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungseinrichtung, die
eine Fahrzeuggeschwindigkeit erfasst; eine Einrichtung zur Berechnung
einer Bewegungszustandsgröße, die eine
antizipierte Bewegungszustandsgröße des Fahrzeugs
unter Verwendung des erfassten eingegebenen Betätigungswerts berechnet, wobei
die antizipierte Bewegungszustandsgröße des Fahrzeugs den Fahrzeugbewegungszustand
wiedergibt, der sich auf eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs bezieht
und von einem Fahrer wahrgenommen werden kann, und zu dem an dem
Lenkgriff eingegebenen Betäti gungswert
in der vorab bestimmten Beziehung einer Exponentialfunktion oder
in der vorab bestimmten Beziehung einer Exponentiationsfunktion
steht; eine Einrichtung zum Berechnen eines Einschlagwinkels, die einen
Einschlagwinkel der gelenkten Räder
berechnet, der notwendig ist, damit das Fahrzeug mit der antizipierten
Bewegungszustandsgröße eine
Kurve fährt,
die von der Einrichtung zur Berechnung der Bewegungszustandsgröße unter
Verwendung der erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit und der antizipierten
Bewegungszustandsgröße berechnet
ist; und eine Einschlagsteuereinrichtung, welche das Einschlagstellglied
in Übereinstimmung
mit dem Einschlagwinkel steuert, der von der Einstellung zur Berechnung
des Einschlagwinkels berechnet ist, um die gelenkten Räder in den
berechneten Einschlagwinkel einzuschlagen, wobei die Einrichtung
zur Berechnung des Einschlagwinkels den Einschlagwinkel der gelenkten
Räder berechnet,
wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit, die für die Berechnung genutzt wird, konstant
gemacht wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit, die von der Einrichtung
zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit erfasst wird, nicht größer als
eine vorab bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
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In
diesen Fällen
ist die antizipierte Bewegungszustandsgröße mindestens entweder beispielsweise
eine Fahrzeugquerbeschleunigung, eine Fahrzeuggierrate oder ein
Kurvenkrümmungsradius des
Fahrzeugs. In diesen Fahrzeugsteuervorrichtungen kann weiterhin
eine Reaktionskraftvorrichtung vorgesehen sein, die eine Reaktionskraft
auf die Betätigung
des Lenkgriffs abgibt.
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Weiterhin
kann die Einrichtung zur Erfassung des eingegebenen Betätigungswerts
aus einem Verlagerungsgrößensensor
bestehen, der eine Größe der Verlagerung
des Lenkgriffs erfasst. In diesem Fall kann die Einrichtung zur
Berechnung der Bewegungszustandsgröße aus einer Einrichtung zur
Umwandlung einer Betätigungskraft
bestehen, welche die erfasste Verlagerungsgröße in die Betätigungskraft
umwandelt, die auf den Lenkgriff ausgeübt wird, und aus einer Einrichtung
zur Umwandlung einer Bewegungszustandsgröße, welche die umgewandelte Betätigungskraft
in die antizipierte Bewegungszustandsgröße umwandelt. Die Einrichtung
zur Umwandlung der Betätigungskraft
kann die Verlagerungsgröße in die
Betätigungskraft
umwandeln, die in der Beziehung einer Exponentialfunktion mit der
Verlagerungsgröße steht,
während
die Einrichtung zur Umwandlung der Bewegungszustandsgröße die Betätigungskraft
in eine antizipierte Bewegungszustandsgröße umwandeln kann, die mit
der Betätigungskraft
in der Beziehung einer Exponentialfunktion steht.
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Die
Einrichtung zur Erfassung des eingegebenen Betätigungswertes kann beispielsweise
aus einem Betätigungskraftsensor
bestehen, der die Betätigungskraft
erfasst, die auf den Lenkgriff ausgeübt wird. In diesem Fall kann
die Einrichtung zur Berechnung der Bewegungszustandsgröße aus einer
Einrichtung zur Umwandlung der Bewegungszustandsgröße bestehen,
welche die erfasste Betätigungskraft
in die antizipierte Bewegungszustandsgröße umwandelt. Die Einrichtung
zur Umwandlung der Bewegungszustandsgröße kann die Betätigungskraft
in eine antizipierte Bewegungszustandsgröße umwandeln, die mit der Betätigungskraft
in der Beziehung einer Exponentiationsfunktion steht.
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In
der vorliegenden Erfindung mit der vorstehend erwähnten Konfiguration
wird der von dem Fahrer an dem Lenkgriff eingegebene Betätigungswert zuerst
in die antizipierte Bewegungszustandsgröße des Fahrzeugs (Querbeschleunigung,
Gierrate, Kurvenkrümmungsradius,
usw.) umgewandelt, die sich auf eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs bezieht,
kann von einem Fahrer wahrgenommen werden und ist in der vorab bestimmten
Beziehung einer Exponentialfunktion oder in der vorab bestimmten
Beziehung einer Exponentiationsfunktion mit dem Eingabebetätigungswert
an den Lenkgriff. Dann wird der Einschlagwinkel der gelenkten Räder, der
notwendig ist, damit das Fahrzeug mit der antizipierten Bewegungszustandsgröße in die
Kurve fährt,
auf der Grundlage der konvertierten antizipierten Bewegungszustandsgröße berechnet,
und die gelenkten Räder
werden in den berechneten Einschlagwinkel eingeschlagen. Wenn daher
das Fahrzeug durch das Einschlagen der gelenkten Räder eine
Kurve fährt, wird
die antizipierte Bewegungszustandsgröße als die „physikalische Größe der gegebenen
Stimulation" in Übereinstimmung
mit dem Weber-Fechnerschen Gesetz an den Fahrer übermittelt. Weil die antizipierte
Bewegungszustandsgröße mit Bezug
auf den Eingabebetätigungswert
an dem Lenkgriff in der Weise einer Exponentialfunktion oder in
der Weise einer Exponentiationsfunktion verändert wird, kann der Fahrer
den Lenkgriff unter Wahrnehmung einer Bewegungszustandsgröße, die
auf die Wahrnehmungscharakteristiken eines Menschen angepasst ist,
drehen. Der Fahrer kann taktil die Querbeschleunigung und die Gierrate
durch den Kontakt mit jedem Bereich in dem Fahrzeug fühlen. Der
Fahrer kann visuell die Kurvenkrümmung
durch die Änderung
in der Bedingungen innerhalb des Sichtbereichs des Fahrzeugs spüren. Als
ein Ergebnis kann der Fahrer den Lenkgriff angepasst an die Wahrnehmungscharakteristik
des Menschen drehen, wodurch der Fahrer das Fahrzeug leicht führen kann,
ohne ein Gefühl
einer Unstimmigkeit zu haben.
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Weiterhin
werden mehrere antizipierte Bewegungszustandsgrößen berechnet und die Einschlagwinkel,
die jeweils den mehreren antizipierten Bewegungszustandsgrößen entsprechen,
werden berechnet, wodurch mindestens ein Einschlagwinkel unter den
berechneten Einschlagwinkeln auf der Grundlage der erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit ausgewählt und
bestimmt werden kann. Dies ermöglicht
es, den Lenkgriff in allen Geschwindigkeitsbereichen so zu drehen,
dass er an die Wahrnehmungscharakteristik eines Menschen angepasst
ist. Genauer gesagt ist die antizipierte Bewegungszustandsgröße, die
von einem Fahrer wahrgenommen werden kann, abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit unterschiedlich,
wenn der Fahrer das Fahrzeug in eine Kurve lenkt. Noch genauer ist
es für
den Fahrer beispielsweise in dem Fall einer großen Fahrzeuggeschwindigkeit
einfach, die Querbeschleunigung als die antizipierte Bewegungszustandsgröße durch
den Kontakt mit jedem Bereich in dem Fahrzeug wahrzunehmen. In dem
Fall andererseits, in dem die Fahrzeuggeschwindigkeit gering ist,
ist es für
den Fahrer schwierig, die Querbeschleunigung wahrzunehmen, aber
es ist einfach für
den Fahrer, die Kurvenkrümmung
als die antizipierte Bewegungszustandsgröße durch die Änderung
der Bedingungen innerhalb des Sichtbereichs des Fahrzeugs wahrzunehmen.
Auf diese Weise ist die antizipierte Bewegungszustandsgröße, die
der Fahrer wahrnehmen kann, abhängig von
der Änderung
der Fahrzeuggeschwindigkeit unterschiedlich. Daher wird beispielsweise
der Einschlagwinkel, welcher der Querbeschleunigung entspricht,
ausgewählt
und als die antizipierte Bewegungszustandsgröße bestimmt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
groß ist,
wodurch der Fahrer den Lenkgriff angepasst an die Wahrnehmungscharakteristik
eines Menschen drehen kann. In Übereinstimmung
damit kann der Fahrer das Fahrzeug einfach führen, ohne ein Gefühl der Unstimmigkeit
zu haben. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit andererseits gering ist,
wird der Lenkwinkel ausgewählt
und als die antizipierte Bewegungszustandsgröße bestimmt, welche der Kurvenkrümmung entspricht,
wodurch der Fahrer das Lenkrad angepasst an eine Wahrnehmungscharakteristik
eines Menschen drehen kann. In Übereinstimmung
damit kann der Fahrer das Fahrzeug einfach führen, ohne ein Gefühl einer
Unstimmigkeit wahrzunehmen.
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Beim
Festlegen des Lenkwinkels in Übereinstimmung
mit der Fahrzeuggeschwindigkeit kann der Lenkwinkel durch Änderung
des Verhältnisses
(oder der Verstärkung)
jedes Einschlagwinkels, der jeder der mehreren antizipierten Bewegungszustandsgrößen entspricht,
zu der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt werden. Dieses Verhältnis kann
durch eine Funktion wiedergegeben werden, welche die Fahrzeuggeschwindigkeit
als eine Variable aufweist. In Übereinstimmung
damit kann der optimale Lenkwinkel mit Bezug auf die Fahrzeuggeschwindigkeit
kontinuierlich ausgewählt
und bestimmt werden, wenn der Einschlagwinkel in Übereinstimmung
mit der Änderung
der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgewählt und bestimmt wird. Genauer
gesagt wird beispielsweise in dem Fall, in dem sich die Fahrzeuggeschwindigkeit
verringert und der Einschlagwinkel, welcher der Kurvenkrümmung entspricht,
aus dem Zustand ausgewählt
und bestimmt wird, in dem die Fahrzeuggeschwindigkeit groß ist, und
der Einschlagwinkel, welcher der Querbeschleunigung entspricht,
ausgewählt
und bestimmt wird, das Verhältnis
des Einschlagwinkels, welcher der Querbeschleunigung entspricht,
in Übereinstimmung
mit der Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit kontinuierlich
verringert und das Verhältnis
des Lenkwinkels, welcher der Kurvenkrümmung entspricht, in Übereinstimmung
mit der Vergrößerung der
Fahrzeuggeschwindigkeit kontinuierlich erhöht, wodurch man dazu fähig. ist,
schließlich
den Einschlagwinkel auszuwählen
und zu bestimmen, welcher der Kurvenkrümmung entspricht. Das Verhältnis des
Einschlagwinkels wird kontinuierlich in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit
verändert,
um den optimalen Einschlagwinkel auszuwählen, wodurch der Einschlagwinkel
sanft auf den ausgewählten
Einschlagwinkel verändert
und so bestimmt werden kann, dass er der Fahrzeuggeschwindigkeit
entspricht. Daher kann der Fahrer das Fahrzeug leicht führen, ohne
ein Gefühl
der Unstimmigkeit wahrzunehmen. Weiterhin kann der Einschlagwinkel
sanfter verändert
und bestimmt werden, indem das Verhältnis auf der Grundlage der
Funktion geändert
wird, welche die Fahrzeuggeschwindigkeit als eine Variable aufweist.
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Wenn
die erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit nicht größer als eine vorab bestimmte
Fahrzeuggeschwindigkeit ist, kann die Fahrzeuggeschwindigkeit, die
für die
Berechnung des Einschlagwinkels verwendet wird, konstant festgelegt
werden. Der Grund dafür
ist folgender. Es wird gewünscht,
dass die gelenkten Räder
mit Bezug auf die Betätigung
des Lenkgriffs durch einen Fahrer stark eingeschlagen werden, d.
h. der Einschlagwinkel erhöht
wird, wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit wie in dem Fall des
Parkens des Fahrzeugs verringert. In einem Fall, in dem der Einschlagwinkel
als groß berechnet
wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit verringert wird, kann jedoch
der Fall auftreten, in dem der berechnete Lenkwinkel den Maximalwert
zeigt, was nicht realistisch ist. Andererseits kann das Durchführen der
Berechnung mit der konstanten Fahrzeuggeschwindigkeit verhindern,
dass der Einschlagwinkel den Maximalwert zeigt, so dass der realistische
Einschlagwinkel in dem Fall berechnet werden kann, in dem die Fahrzeuggeschwindigkeit
nicht größer als
die vorab bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit ist. In diesem Fall
kann der Fahrer den Lenkgriff auf der Grundlage der antizipierten
Bewegungszustandsgröße einschlagen
und somit kann der Fahrer das Fahrzeug leicht führen, ohne ein Gefühl der Unstimmigkeit wahrzunehmen.
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Obwohl
es für
den Fahrer schwierig ist, die Querbeschleunigung wie vorstehend
beschrieben wahrzunehmen, wenn die Querbeschleunigung in dem Fall,
in dem die Fahrzeuggeschwindigkeit klein ist, als die antizipierte
Bewegungszustandsgröße angenommen
wird, ist es für
den Fahrer möglich,
den Lenkgriff zu betätigen,
um das Fahrzeug auf der Grundlage dieser antizipierten Bewegungszustandsgröße (der
Querbeschleunigung) in die Kurve zu führen. Daher kann der Fahrer
den Lenkgriff in allen Geschwindigkeitsbereichen auf der Grundlage
der Querbeschleunigung betätigen,
die als die antizipierte Bewegungszustandsgröße dient, selbst wenn nicht
mehrere antizipierten Zustandsgrößen berechnet
werden. In Übereinstimmung
damit kann die Auswahl und Bestimmung des Einschlagwinkels mit dem Ergebnis
ausgelassen werden, dass die Einschlagsteuervorrichtung vereinfacht
werden kann.
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Ein
noch anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, dass die
Erfindung zusätzlich
zu der vorstehend genannten Konfiguration mit einer Einrichtung
zur Erfassung einer Bewegungszustandsgröße versehen ist, die eine tatsächliche
Bewegungszustandsgröße erfasst,
die vom selben Typ wie die antizipierte Bewegungszustandsgröße ist und den
tatsächlichen
Bewegungszustand wiedergibt und mit einer Korrektureinrichtung,
welche den berechneten Einschlagwinkel in Übereinstimmung mit dem Unterschied
zwischen der berechneten antizipierten Bewegungszustandsgröße und der
erfassten tatsächlichen
Bewegungszustandsgröße korrigiert. Dies
ermöglicht
es, dass die gelenkten Räder
korrekt in den Einschlagwinkel eingeschlagen werden, der für das Fahrzeug
notwendig ist, um mit der berechneten antizipierten Bewegungszustandsgröße zu fahren.
Als ein Ergebnis kann der Fahrer den Lenkgriff betätigen, wobei
er die Bewegungszustandsgröße wahrnimmt,
die an die Merkmale der Wahrnehmung eines Menschen angepasst ist,
wodurch das Führen des
Fahrzeugs weiter erleichtert wird.
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KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
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Verschiedene
andere Aufgaben, Merkmale und zugehörige Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden bald anerkannt, wenn diese mit Bezugnahme auf die
nachstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung
mit den beigefügten
Figuren besser verstanden werden, in denen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Fahrzeuglenkvorrichtung ist, die den
ersten bis dritten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung gemeinsam ist;
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2 ein
Funktionsblockschaubild ist, das funktional eine Computerprogrammverarbeitung zeigt,
die von einer elektronischen Steuereinheit der 1 nach
der ersten Ausführungsform
ausgeführt wird;
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3 ein
Schaubild ist, das eine Beziehung zwischen einem Lenkwinkel und
einem Lenkdrehmoment zeigt;
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4 ein
Schaubild ist, das eine Beziehung zwischen einem Lenkdrehmoment
und einer antizipierten Querbeschleunigung zeigt;
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5 ein
Schaubild ist, das eine Beziehung zwischen einem Lenkdrehmoment
und einer antizipierten Gierrate zeigt.
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6 ein
Schaubild ist, das eine Beziehung zwischen einem Lenkdrehmoment
und einer antizipierten Kurvenkrümmung
zeigt;
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7 ein
Schaubild ist, das eine Beziehung zwischen einer antizipierten Querbeschleunigung und
einem Zieleinschlagwinkel zeigt;
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8 ein
Schaubild ist, das eine Beziehung zwischen einer antizipierten Gierrate
und einem Zieleinschlagwinkel zeigt;
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9 ein
Schaubild ist, das eine Beziehung zwischen einer antizipierten Kurvenkrümmung und einem
Zieleinschlagwinkel zeigt;
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10 ein
Funktionsblockschaubild ist, das funktional eine Computerprogrammverarbeitung zeigt,
die von einer elektronischen Steuereinheit der 1 nach
der zweiten Ausführungsform
ausgeführt wird;
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11 ein
Schaubild ist, um eine Änderung eines
Verhältnisses
des Zieleinschlagwinkels zu erläutern,
der in der Lenkwinkelberechnungseinrichtung der 10 berechnet
wird; und
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12 ein
Funktionsblockschaubild ist, das funktional eine Computerprogrammverarbeitung zeigt,
die von einer elektronischen Steuereinheit der 1 nach
der dritten Ausführungsform
ausgeführt wird.
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ERLÄUTERUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Erste Ausführungsform
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Eine
Fahrzeuglenkvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Figuren erläutert. 1 ist
ein Blockschaubild, das schematisch die Fahrzeuglenkvorrichtung
nach der ersten Ausführungsform
zeigt.
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Die
Lenkvorrichtung ist mit einem Lenkgriff bzw. Lenkrad 11 als
einem Betätigungsabschnitt
versehen, der bzw. das von einem Fahrer gedreht wird, um linke und
rechte Vorderräder
FW1 und FW2 zu lenken, die gelenkte Räder sind. Der Lenkgriff 11 ist an
dem oberen Ende einer Lenkeingangswelle 12 befestigt. Das
untere Ende der Lenkeingangswelle 12 ist mit einem Reaktionskraftstellglied 13 verbunden, das
aus einem elektrischen Motor und einem Verzögerungs- bzw. Bremsmechanismus
besteht. Das Reaktionskraftstellglied 13 übt eine
Reaktionskraft auf die Betätigung
des Lenkgriffs 11 mittels Einschlagen bzw. Drehen durch
einen Fahrer aus.
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Die
Lenkvorrichtung ist weiterhin mit einem Einschlagstellglied 21 versehen,
das aus einem Elektromotor und einem Verzögerungsmechanismus besteht.
Die Einschlagskraft vom Einschlagstellglied 21 wird über eine
Einschlagausgabewelle 22, ein Zahnrad 23 und eine
Zahnstange 24 an die rechten und linken Vorderräder FW1
und FW2 übertragen.
Nach diesem Aufbau wird die Drehkraft von dem Einschlagstellglied 21 über die
Einschlagausgabewelle an das Zahnrad 23 übertragen,
wodurch die Drehung des Zahnrads 23 die Zahnstange 24 in
der Axialrichtung verschiebt. Die Verschiebung der Zahnstange 24 in
der Axialrichtung erlaubt es, dass die rechten und linken Vorderräder FW1
und FW2 nach rechts oder links eingeschlagen werden.
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Nachstehend
wird eine elektronische Steuerung zum Steuern der Drehungen des
Reaktionskraftstellglieds 13 und des Einschlagstellglieds 21 erläutert. Die
elektronische Steuerung weist einen Lenkwinkelsensor 31,
einen Einschlagwinkelsensor 32, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 33,
einen Querbeschleunigungssensor 34 und einen Gierratensensor 35 auf.
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Der
Lenkwinkelsensor 31 ist an der Lenkeingangswelle 12 befestigt.
Er erfasst den Drehwinkel des Lenkgriffs 11 aus der Neutralposition
und gibt den erfassten Win kel als einen Lenkwinkel θ aus. Der Anschlagwinkelsensor 32 ist
an der Einschlagausgabewelle 22 angebracht. Er erfasst
den Drehwinkel der Einschlagausgabewelle aus der Neutralposition und
gibt den erfassten Winkel als einen tatsächlichen Einschlagwinkel δ (welcher
den Einschlagwinkeln der rechten und linken Vorderräder FW1
und FW2 entspricht) aus. Man bemerke, dass der Lenkwinkel θ und der
tatsächliche
Einschlagwinkel δ so
wiedergegeben werden, dass der Drehwinkel in der Richtung nach links
durch einen positiven Wert und der Drehwinkel in der Richtung nach
rechts durch einen negativen Wert wiedergegeben werden, wobei ihre Neutralposition
als „0" definiert ist. Der
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 33 erfasst eine Fahrzeuggeschwindigkeit
V und gibt die erfasste Geschwindigkeit aus. Der Querbeschleunigungssensor 34 erfasst die
tatsächliche
Querbeschleunigung G des Fahrzeugs und gibt das Ergebnis aus. Der
Gierratensensor 35 erfasst die tatsächliche Gierrate γ und gibt
das Ergebnis aus. Die tatsächliche
Querbeschleunigung G und die tatsächliche Gierrate γ werden außerdem so
wiedergegeben, dass die Beschleunigung und die Gierrate in der Richtung
nach links durch einen positiven Wert wiedergegeben werden und die
Beschleunigung und Gierrate nach rechts durch einen negativen Wert
wiedergeben werden.
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Die
Sensoren 31 bis 35 sind mit einer elektronischen
Steuereinheit 36 verbunden. Die elektronische Steuereinheit
umfasst als eine Hauptkomponente einen Mikrocomputer, der aus CPU,
ROM, RAM oder etwas Ähnlichem
besteht. Die elektronische Steuereinheit 36 steuert jeweils
die Betätigung des
Reaktionskraftstellglieds 13 und des Einschlagstellglieds 21 durch
die Durchführung
eines Programms. Antriebsschaltkreise 37 und 38 zum
Antreiben des Reaktionskraftstellglieds 13 und des Einschlagstellglieds 21 sind
mit der Ausgangsseite der elektronischen Steuereinheit 36 verbunden.
In den Antriebsschaltungen 37 und 38 sind Stromdetektoren 37a und 38a angeordnet,
um Antriebsströme
zu erfassen, die durch die elektronischen Motoren in dem Reaktionskraftstellglied 13 und
dem Einschlagstellglied 21 fließen. Der von den Stromdetektoren 37a und 38a erfasste
Antriebsstrom wird an die elektronische Steuereinheit 36 zurückgemeldet,
um den Antrieb der beiden Elektromotoren zu regeln.
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Anschließend wird
der Betrieb der ersten Ausführungsform
mit dem vorstehend erwähnten Aufbau
anhand eines funktionalen Blockschaubilds erläutert, das in 2 gezeigt
ist und eine Funktion zeigt, die durch einen Computerprogrammprozess
in der elektronischen Steuereinheit 36 realisiert ist.
Die elektronische Steuereinheit 36 umfasst einen Reaktionskraftsteuerabschnitt 40,
um die Ausübung
einer Reaktionskraft auf den Lenkgriff 11 zu steuern, einen Abschnitt 50 zur
Steuerung der sensorischen Adaption, um einen Zieleinschlagwinkel δd der rechten
und linken Vorderräder
FW1 und FW2 festzulegen, der dem Gefühl eines Fahrers auf der Grundlage
der Einschlagbetätigung
des Lenkgriffs 11 entspricht, und einen Einschlagsteuerabschnitt 60,
um das Einschlagen der rechten und linken Vorderräder FW1
und FW2 aufgrund des Zieleinschlagwinkels δd zu steuern.
-
Wenn
der Fahrer den Lenkgriff 11 dreht, erfasst der Lenkwinkelsensor 31 den
Lenkwinkel θ,
der ein Drehwinkel des Lenkgriffs 11 ist. Der erfasste Lenkwinkel θ wird jeweils
an den Steuerabschnitt 40 für die Reaktionskraft und den
Steuerabschnitt 50 für die
sensorische Adaption ausgegeben. In dem Steuerabschnitt 40 für die Reaktionskraft
berechnet ein Abschnitt 41 zur Umwandlung von Verlagerung
bzw. Veränderung
in Drehmoment das Reaktionskraftmoment bzw. Reaktionskraftdrehmoment
TZ, das die Exponentialfunktion des Lenkwinkels θ ist, unter
Verwendung der nachstehenden Gleichung 1. TZ = To·exp(K1·θ) Gleichung 1
-
In
dieser Gleichung sind To und K1 Konstanten, und sie werden in der
nachstehend beschriebenen Erläuterung über den
Steuerabschnitt 50 für
die sensorische Adaption genauer beschrieben. Der Lenkwinkel θ in der
Gleichung 1 gibt einen Absolutwert des erfassten Lenkwinkels θ wieder.
Daher wird die Konstante To negativ, wenn der erfasste Lenkwinkel θ positiv
ist, während
die Konstante To positiv wird, wenn der erfasste Lenkwinkel θ negativ
ist, wobei sie einen Absolutwert aufweist, der gleich wie jener
der negativen Konstanten To ist. Das Reaktionskraftmoment TZ kann unter Verwendung einer Umwandlungstabelle
anstatt der Berechnung der Gleichung 1 berechnet werden, die eine
Charakteristik aufweist, welche in 3 gezeigt
ist, und in der das Reaktionskraftmoment TZ abhängig vom
Lenkwinkel θ gespeichert
ist.
-
Das
berechnete Reaktionskraftmoment TZ wird
einem Antriebssteuerabschnitt 42 bereitgestellt. Der Antriebssteuerabschnitt 42 gibt
einen Antriebsstrom, der durch den elektrischen Motor in dem Reaktionskraftstellglied 13 fließt, aus
der Antriebsschaltung 37 ein und regelt die Antriebsschaltung 37 so, dass
der Antriebsstrom, welcher dem Reaktionskraftmoment TZ entspricht,
durch den elektrischen Motor fließt. Die Antriebssteuerung des
elektrischen Motors in dem Reaktionskraftstellglied 13 veranlasst
den elektrischen Motor dazu, über
die Lenkeingangswelle 12 das Reaktionskraftmoment TZ auf den Lenkgriff 11 auszuüben. In Übereinstimmung
damit dreht der Fahrer das Lenkrad 11, wobei er das Reaktionskraftmoment
TZ fühlt,
das in einer Weise einer Exponentialfunktion abhängig vom Lenkwinkel θ verändert wird,
d. h. bei dem ein Lenk drehmoment, das gleich dem Reaktionskraftmoment
TZ ist, auf den Lenkgriff 11 aufgeschlagen
wird. Die Beziehung zwischen dem Lenkwinkel θ und dem Reaktionskraftmoment
TZ ist auch mit dem Weber-Fechnerschen Gesetz
in Einklang, nach dem der Fahrer den Lenkgriff 11 drehen kann,
wobei er vom Lenkgriff 11 ein Gefühl vermittelt bekommt, das
an die Merkmale der Wahrnehmung des Menschen angepasst ist.
-
Andererseits
wird das Lenkdrehmoment Td in dem Abschnitt 51 zur Umwandlung
von Verlagerung in Drehmoment nach der nachstehenden Gleichung 2,
die ähnlich
der Gleichung 1 ist, aus dem Lenkwinkel θ berechnet, der in den Steuerabschnitt 50 für die sensorische
Adaption eingegeben wird. Td = To·exp(K1·θ) Gleichung 2
-
In
diesem Fall sind To und K1 in der Gleichung 2 Konstanten ähnlich denen
in der Gleichung 1. Der Lenkwinkel θ in der Gleichung 2 gibt einen
Absolutwert des erfassten Lenkwinkels θ wieder. Wenn daher der erfasste
Lenkwinkel θ positiv
ist, ist die Konstante To positiv, während die Konstante To negativ
ist, wobei sie den Absolutwert aufweist, der gleich wie bei der
positiven Konstante To ist, wenn der erfasste Lenkwinkel θ negativ
ist. Das Lenkdrehmoment Td kann anstelle der Berechnung der Gleichung
2 auch unter Verwendung einer Umwandlungstabelle berechnet werden,
die eine in 3 gezeigte Charakteristik aufweist
und in der das Lenkdrehmoment Td mit Bezug auf den Lenkwinkel θ gespeichert
ist.
-
Das
berechnete Lenkdrehmoment Td wird dem Abschnitt 52 zur
Umwandlung von Drehmoment in Querbeschleunigung, dem Abschnitt 53 zur
Umwandlung von Drehmoment in Gierrate und dem Abschnitt 54 zur
Umwandlung von Drehmoment in Kurvenkrümmung bereitgestellt. Der Abschnitt 52 zur Umwandlung
von Drehmoment in Querbeschleunigung legt eine antizipierte Querbeschleunigung
Gd, die aus der Drehbetätigung
des Lenkgriffs 11 durch den Fahrer antizipiert ist, wie
in der nachstehenden Gleichung offenbart auf „0", wenn der Absolutwert des Lenkdrehmoments
Td kleiner als ein vorab bestimmter positiver kleiner Wert To ist,
während
er die antizipierte Querbeschleunigung Gd nach der nachstehenden
Gleichung 4 berechnet, wenn der Absolutwert des Lenkmoments Td nicht
kleiner als der positive kleine vorab bestimmte Wert To ist. Gd = 0(|Td| < T0) Gleichung 3 Gd = C·TdK2(TO ≤ |Td|) Gleichung 4
-
C
und K2 in der Gleichung 4 sind Konstanten. Das Lenkdrehmoment Td
in der Gleichung 4 gibt einen Absolutwert des Lenkdrehmoments Td
wieder, der unter Verwendung der Gleichung 2 berechnet wird. Wenn
daher das berechnete Lenkdrehmoment Td positiv ist, wird die Konstante
C positiv, während die
Konstante C negativ wird, wobei sie denselben Absolutwert wie die
positive Konstante C aufweist, wenn das berechnete Lenkdrehmoment
Td negativ ist. Die antizipierte Querbeschleunigung Gd kann anstelle
der Berechnungen nach den Gleichungen 3 und 4 auch unter Verwendung
einer Umwandlungstabelle berechnet werden, die eine Charakteristik
aufweist, welche in 4 gezeigt ist, und in der die
antizipierte Querbeschleunigung Gd mit Bezug auf das Lenkdrehmoment
Td gespeichert ist.
-
Der
Abschnitt 53 zur Umwandlung von Drehmoment in Gierrate
setzt eine antizipierte Gierrate γd, welche
vom Fahrer aus der Drehbetätigung
des Lenkgriffs 11 antizipiert wird, wie in der nachstehenden
Gleichung 5 offenbart, auf 0, wenn der Absolutwert des Lenkdrehmoments
Td kleiner als der positive kleine vorab bestimmte Wert To ist,
während
er die antizipierte Gierrate γd
in Übereinstimmung
mit der nachstehenden Gleichung 6 berechnet, wenn der Absolutwert
des Lenkmoments Td nicht kleiner als der positive kleine vorab bestimmte
Wert To ist. γd = 0(|Td| < To) Gleichung
5 γd = C·TdK2(To ≤ |Td|) Gleichung 6
-
C
und K2 in der Gleichung 6 sind wie in der Gleichung 4 konstant.
Das Lenkdrehmoment Td in der Gleichung 6 gibt auch einen Absolutwert
des Lenkdrehmoments Td wieder, das unter Verwendung der Gleichung
2 berechnet wird. Wenn daher das berechnete Lenkdrehmoment Td positiv
ist, wird die Konstante C positiv, während die Konstante C negativ
wird und denselben Absolutwert wie die positive Konstante C aufweist,
wenn das berechnete Lenkdrehmoment Td negativ ist. Die antizipierte
Gierrate γd
kann auch unter Verwendung einer Umwandlungstabelle berechnet werden,
die eine in 5 gezeigte Charakteristik aufweist,
und in der die antizipierte Gierrate γd mit Bezug auf das Lenkdrehmoment
Td gespeichert wird, anstatt die Berechnungen der Gleichungen 5
und 6 durchzuführen.
-
Der
Abschnitt 54 zur Umwandlung zwischen Drehmoment und Kurvenkrümmung legt
eine antizipierte Kurvenkrümmung ρd, die von
einem Fahrer auf Grund der Drehbetätigung des Lenkgriffs 11 antizipiert
wird, auf „0" fest, wie in der
nachstehenden Gleichung 7 offenbart, wenn der Absolutwert des Lenkdrehmoments
Td kleiner als der positive kleine vorab bestimmte Wert To ist,
während
er die antizipierte Kurvenkrümmung ρd in Übereinstimmung
mit der nachstehenden Gleichung 8 berechnet, wenn der Absolutwert
des Lenkdrehmoments Td nicht kleiner als der positive kleine vorab
bestimmte Wert To ist. ρd = 0(|Td| < To) Gleichung 7 ρd
= C·TdK2(To ≤ |Td|) Gleichung 8
-
C
und K2 in der Gleichung 8 sind wie in der Gleichung 4 konstant.
Das Lenkdrehmoment Td in der Gleichung 6 gibt auch einen Absolutwert
des Lenkdrehmoments Td wieder, das unter Verwendung der Gleichung
2 berechnet wird. Wenn daher das berechnete Lenkdrehmoment Td positiv
ist, wird die Konstante C positiv, während die Konstante C negativ
ist und denselben Absolutwert wie die positive Konstante C aufweist,
wenn das berechnete Lenkdrehmoment Td negativ ist. Die antizipierte
Kurvenkrümmung ρd kann an
Stelle der Berechnungen der Gleichungen 7 und 8 auch unter Verwendung
einer Umrechnungstabelle verwendet werden, die eine in 6 gezeigte
Charakteristik aufweist und in der die antizipierte Kurvenkrümmung ρd mit Bezug
auf das Lenkdrehmoment Td gespeichert wird.
-
Die
Gleichung 4 wird hier beschrieben. Man bemerke, dass die Gleichungen
6 und 8 wie die Gleichung 4 in Übereinstimmung
mit der nachstehenden Erläuterung
geändert
werden können,
so dass die Gleichung 4 genau erläutert wird und die Erläuterung der
Gleichungen 6 und 8 übergangen
wird. Wenn das Lenkdrehmoment unter Verwendung der Gleichung 2 eliminiert
wird, erhält
man die nachstehende Gleichung 9. Gd
= C·(To·exp(K1·θ))K2 = C·ToK2·exp(K1·K2·θ) = Go·exp(K1·K2·θ) Gleichung 9
-
In
der Gleichung 9 ist Go die Konstante C·ToK2,
und die Gleichung 9 zeigt, dass die antizipierte Querbeschleunigung
Gd in einer Weise einer Exponentialfunktion mit Bezug auf den vom
Fahrer am Lenkgriff 11 ausgeübten Lenkwinkel θ geändert wird.
-
Die
antizipierte Querbeschleunigung Gd ist eine physikalische Größe, die
der Fahrer durch den Kontakt eines Teils des Körpers des Fahrers mit einem
vorab bestimmten Abschnitt in dem Fahrzeug wahrnehmen kann, und
ist mit dem Weber-Fechnerschen Gesetz im Einklang. Wenn der Fahrer
in Übereinstimmung
damit den Lenkgriff 11 drehen kann, wobei er die Querbeschleunigung
gleich der antizipierten Querbeschleunigung Gd erfährt, kann
die Beziehung zwischen der Drehbetätigung des Lenkwinkels 11 und
der Lenkung des Fahrzeugs mit der Wahrnehmungscharakteristik des
Menschen verbunden werden.
-
Die
antizipierte Gierrate γd
und die antizipierte Kurvenkrümmung ρd werden
auch in der Weise einer Exponentialfunktion mit Bezug auf den Lenkwinkel θ geändert, in
dem die Gleichungen 6 und 8 wie in dem Fall der Änderung der Gleichung 4 in
die Gleichung 9 geändert
werden. Daher stimmen die antizipierte Gierrate γd und die antizipierte Kurvenkrümmung ρd mit dem
Weber-Fechnerschen Gesetz überein.
In Übereinstimmung
damit kann die Beziehung zwischen der Drehbetätigung des Lenkgriffs 11 und der
Fahrzeugsteuerung mit den Merkmalen der Wahrnehmung eines Menschen
assoziiert sein.
-
Weil
die antizipierte Querbeschleunigung Gd, die von der Gleichung 4
(d.h. der Gleichung 9) wiedergegeben wird, in der Weise einer Exponentialfunktion
mit Bezug auf den Lenkwinkel θ geändert wird,
der die Drehgröße des Lenkgriffs 11 wie
vorstehend beschrieben ist, ist die antizipierte Querbeschleunigung
Gd an die Merkmale der Wahrnehmung des Menschen angepasst. Zudem
ist der einfachste Vorgang bei der Drehbetätigung des Lenkgriffs 11 durch
den Fahrer, den Drehgriff 11 mit einer konstanten Geschwindigkeit ω(θ = ω·t) zu
drehen. In Übereinstimmung
mit dieser Drehbetätigung ändert sich
die antizipierte Querbeschleunigung Gd in der Weise einer Exponentialfunktion
mit Bezug auf eine Zeit t, wie durch die nachstehende Gleichung
10 wiedergegeben. In Übereinstimmung
damit wird es verstanden, das die Drehbetätigung des Lenkgriffs 11 durch
den Fahrer erleichtert wird, wenn der Fahrer den Lenkgriff 11 drehen
kann, wobei er danach die Querbeschleunigung wahrnimmt, welche der
antizipierten Querbeschleunigung Gd gleich ist. Gd = Go·exp(K0·ω·t) Gleichung 10
-
Man
bemerke, dass K0 eine Konstante ist, die eine Beziehung von K0 =
K1·K2
aufweist.
-
Weiterhin
wird die antizipierte Querbeschleunigung Gd auf „0" in dem Fall gehalten, in dem das Lenkdrehmoment
Cd kleiner als der vorab bestimmte Wert To ist, wie durch die Gleichung
3 wiedergegeben. Der Grund dafür
ist wie folgt. Das Lenkdrehmoment Td nimmt den positiven vorab bestimmten
Wert To aufgrund der Berechnung der Gleichung 2 an, selbst wenn
der Lenkwinkel θ „0" ist, d. h., selbst wenn
der Lenkgriff 11 in der Neutralposition gehalten wird.
Wenn dieses Lenkdrehmoment Td (= To) auf die Berechnung der Gleichung
4 angewendet wird, wird die antizipierte Querbeschleunigung Td zu
einem positiven Wert C·ToK2, aber dies ist nicht realistisch. Wenn
jedoch das Lenkdrehmoment Td kleiner als der vorab bestimmte Wert
To ist, wie vorstehend beschrieben, ist die antizipierte Querbeschleunigung
Td „0", wodurch dieses
Problem gelöst
werden kann.
-
Wenn
man annimmt, dass das minimale Lenkdrehmoment, das der Fahrer wahrnehmen kann,
als der vorab bestimmte Wert To definiert ist, die minimale fühlbare Querbeschleunigung,
die der Fahrer wahrnehmen kann, als Go definiert wird, und der vorab
bestimmte Wert To die Beziehung von Go = C·ToK2 aufweist,
kann die antizipierte Querbeschleunigung Gd eines Fahrzeugs auf „0" gehalten werden,
bis das Lenkdrehmoment Td den vorab bestimmten Wert To annimmt,
d. h., bis der Fahrer die Querbeschleunigung fühlt, die durch das Drehen des Fahrzeugs
aufgrund der Drehbetätigung
des Lenkgriffs 11 erzeugt wird. Dementsprechend werden
die rechten und linken Vorderräder
FW1 und FW2 so gesteuert, dass sie nur dann mit dem Einschlagwinkel eingeschlagen
werden, der zum Erzeugen der antizipierten Querbeschleunigung Gd
notwendig ist, wenn der Lenkgriff 11 mit nicht weniger
als dem minimalen Lenkmoment To gelenkt wird. Diese Einschlagsteuerung
entspricht genau der Fahrzeuglenkung. Man bemerke, dass die antizipierte
Gierrate γd
und die antizipierte Kurvenkrümmung ρd ebenfalls
in dem Fall, in dem das Lenkmoment Td kleiner als der vorab bestimmte
Wert To ist, auf „0" gehalten werden,
wie durch die Gleichungen 5 und 7 wiedergegeben. Daher werden sie
auf dieselbe Weise wie die vorstehend erwähnte antizipierte Querbeschleunigung
Gd berechnet.
-
Nachfolgend
wird erläutert,
wie die Parameter K1, K2 und C (vorab bestimmte Werte K1, K2 und C)
bestimmt werden, die in den Gleichungen 1 bis 10 verwendet werden.
In der Erläuterung,
wie die Parameter K1, K2 und C bestimmt werden, wird das Lenkmoment
Td als das Lenkmoment T behandelt, und für jede Gleichung für die antizipierte
Querbeschleunigung Gd, die antizipierte Gierrate γd und die
antizipierte Kurvenkrümmung ρd wird die
antizipierte Querbeschleunigung Gd repräsentativ verwendet und als
die Querbeschleunigung G behandelt. Nach dem Weber- Fechnerschen Gesetz „ist das
Verhältnis von ΔS/S der minimalen Änderung ΔS der physikalischen
Größe, die
der Mensch wahrnehmen kann, zu der physikalischen Größe an diesem
Punkt unabhängig
vom Wert der physikalischen Größe S konstant, und
dieses Verhältnis ΔS/S wird
das Webersche Verhältnis
genannt". Die Erfinder
haben sichergestellt, dass das Weber-Fechnersche Gesetz für das Lenkmoment
und die Querbeschleunigung eingerichtet ist und haben den nachstehenden
Test mit verschiedenen Menschen durchgeführt, deren Geschlecht, Alter,
Fahrerfahrung usw. unterschiedlich sind.
-
Für das Lenkmoment
wird ein Momentensensor an dem Lenkgriff eines Fahrzeugs befestigt. Das
Testmoment wurde extern auf den Lenkgriff ausgeübt, und dieses Testmoment wurde
auf verschiedene Weise verändert,
wodurch die Fähigkeit
eines Menschen zur Anpassung an das Lenkmoment gemessen wurde, mit
der er/sie eine Betätigungskraft auf
den Lenkgriff gegen dieses Testmoment ausübt, um eine Anpassung durchzuführen, um
das Lenkrad nicht zu drehen. Genauer gesagt wird unter der vorstehend
erwähnten
Bedingung das Verhältnis ΔT/T, d. h.
das Webersche Verhältnis
für verschiedene
Arten von Menschen unter der Annahme gemessen, dass das erfasste
Lenkmoment an einem bestimmten Punkt als T definiert ist und die
minimale Größe zu Änderung
des Lenkmoments, bei der er/sie die Änderung gegenüber dem
erfassten Lenkmoment T fühlen
kann, als ΔT
definiert ist. Als ein Ergebnis dieses Tests wurde das Webersche
Verhältnis
AT/T für verschiedene
Arten von Menschen im Allgemeinen ein von der Betätigungsrichtung
des Lenkgriffs, der Form, in der die Hände den Lenkgriff greifen,
der Größe oder
Richtung des Testmoments und ähnlichen Faktoren
unabhängiger
konstanter Wert α.
-
Ein
Test für
die Querbeschleunigung ist wie folgt. Ein Wandteil wurde auf der
Seite des Fahrersitzes vorgesehen, und ein Kraftsensor zum Erfassen der
Druckkraft einer Schulter eines Menschen gegen das Wandteil wurde
angebracht. Das Lenkteil wurde von einem Menschen gefasst, und eine
menschliche Schulter wurde mit dem Kontaktsensor auf dem Wandteil
in Kontakt gebracht. Eine Testkraft wurde in der Querrichtung des
Menschen extern auf das Wandteil aufgebracht, und die Testkraft
wurde auf verschiedene Weisen variiert, wodurch man die Fähigkeit
eines Menschen zur Anpassung an Querkräfte messen konnte, mit welchen
der Mensch das Wandteil gegen diese Testkraft drückte, ohne das Wandteil zu
bewegen, d. h., so dass der Mensch seine/ihre Position beibehielt.
Genauer gesagt wurde unter dieser Bedingung das Verhältnis ΔF/F, d. h., das
Webersche Verhältnis
für verschiedene
Arten von Menschen unter der Annahme gemessen, dass die erfasste
Kraft an einem bestimmten Punkt, bei dem der Mensch seine/ihre Position
gegen die externe Querkraft hält,
als F definiert ist, und die kleinste Größe der Kraftänderung,
die er/sie als Änderung
gegenüber
der erfassten Kraft F fühlen
kann, als ΔF
definiert ist. Als ein Ergebnis dieses Tests wurde das Webersche
Verhältnis ΔF/F allgemein
zu einem konstanten Wert β für verschiedene
Arten von Menschen unabhängig
von der Größe oder
Richtung der Referenzkraft, die auf das Wandteil angewendet wurde.
-
Wenn
andererseits die Gleichung 2 differenziert wird und die Gleichung
2 in der differenzierten Gleichung betrachtet wird, erhält man die
nachstehende Gleichung 11. ΔT = To·exp(K1·θ)·K1·Δθ = T·K1·Δθ Gleichung 11
-
Wenn
diese Gleichung 11 umgeformt wird und das Weber Verhältnis ΔT/T, das
sich auf das Lenkdrehmoment bezieht, das man durch den vorstehend
erwähnten
Test erhält,
als Kt definiert ist, erhält
man die nachstehende Gleichung 12. K1
= ΔT/(T·Δθ) = Kt/Δθ Gleichung 12
-
Wenn
man weiterhin annimmt, dass das maximale Lenkmoment Tmax ist, erhält man die
nachstehende Gleichung 13 aus der Gleichung 2. Tmax = To·exp(K1·θmax) Gleichung 13Umformen
dieser Gleichung 13 ergibt die nachstehende Gleichung 14. K1 = log(Tmax/To)/θmax Gleichung 14
-
Dann
wird die nachstehende Gleichung 15 aus den Gleichungen 12 und 14
hergeleitet. Δθ = Kt/K1 = Kt·θmax/log(Tmax/To) Gleichung 15
-
In
dieser Gleichung 15 ist Kt das Webersche Verhältnis des Lenkdrehmoments T, θmax ist
der Maximalwert des Lenkwinkels, Tmax ist der Maximalwert des Lenkdrehmoments
und To entspricht dem minimalen Lenkmoment, das ein Mensch wahrnehmen
kann. Diese Werte Kt, θmax,
Tmax und To sind Konstanten, die durch den Test und das System bestimmt
werden, so dass der Differenzialwert Δθ durch Verwendung der Gleichung
15 berechnet werden kann. Der vorab bestimmte Wert (Koeffizient)
K1 kann ebenfalls unter Verwendung dieses Differenzialwertes Δθ und des
Weberschen Verhältnisses
Kt auf der Grundlage der Gleichung 12 berechnet werden.
-
Wenn
die Gleichung 4 differenziert wird und die Gleichung 4 in der differenzierten
Form betrachtet wird, erhält
man die nachstehende Gleichung 16. ΔG = C·K2·TK2-1·ΔT = G·K2·ΔT/T Gleichung 16
-
Wenn
diese Gleichung 16 umgeformt wird, das Webersche Verhältnis ΔT/T, das
sich auf das Lenkmoment bezieht, das man durch den vorstehend erwähnten Test
erhält,
als Kt definiert wird, und das Webersche Verhältnis ΔF/F, das sich auf die Querbeschleunigung
bezieht, als Ka definiert ist, erhält man die nachstehenden Gleichungen
17 und 18. ΔG/G = K2·ΔT/T Gleichung 17 K2 = Ka/Kt Gleichung
18
-
In
der Gleichung 18 ist Kt das Webersche Verhältnis mit Bezug auf das Lenkdrehmoment
und Ka das Webersche Verhältnis
mit Bezug auf die Querbeschleunigung. Beide sind als Konstanten
angegeben, so dass der Koeffizient K2 ebenfalls auf der Grundlage
der Gleichung 18 unter Verwendung dieser Weberschen Verhältnisse
Kt und Ka berechnet werden kann.
-
Wenn
man annimmt, das der Maximalwert der Querbeschleunigung Gmax ist,
und der Maximalwert des Lenkmoments Tmax ist, erhält man die nachstehende
Gleichung 19 aus der Gleichung 4. C
= Gmax/TmaxK2 Gleichung 19
-
In
dieser Gleichung 19 sind Gmax und Tmax Konstanten, die durch den
Test und das System bestimmt sind und K2 wird durch die Gleichung
18 berechnet, so dass die Konstante (der Koeffizient) C ebenfalls
berechnet werden kann.
-
Wie
vorstehend beschrieben können
die Koeffizienten K1, K2 und C in den Gleichungen 1 bis 9 vorab
durch Berechnung bestimmt werden, indem der Maximalwert θmax des
Lenkwinkels θ,
der Maximalwert Tmax des Lenkdrehmoments T, der Maximalwert Gmax
der Querbeschleunigung G, das minimale Lenkdrehmoment To, die minimale
fühlbare Querbeschleunigung
Go, das Webersche Verhältnis Kt
bezogen auf das Lenkdrehmoment T und das Webersche Verhältnis Ka
bezogen auf die Querbeschleunigung durch den Test und das System
bestimmt werden. In Übereinstimmung
damit können das
Reaktionskraftmoment Tz, das Lenkdrehmoment Td, die antizipierte
Querbeschleunigung Gd, die antizipierte Gierrate γd und die
antizipierte Kurvenkrümmung ρd, die an
die Merkmale der Wahrnehmung eines Fahrers angepasst werden, unter
Verwendung der Gleichungen 1 bis 9 in den Abschnitten 41, 51 zur Umwandlung
von Veränderung
in Drehmoment, dem Abschnitt 52 zur Umwandlung von Drehmoment
in Querbeschleunigung, dem Abschnitt 53 zur Umwandlung
von Drehmoment in Gierrate und dem Abschnitt 54 zur Umwandlung
von Drehmoment in Kurvenkrümmung
berechnet werden.
-
Wenn
man wieder zu der Erläuterung über 2 zurückkehrt,
werden jeweils die antizipierte Querbeschleunigung GD, die antizipierte
Gierrate γd und
die antizipierte Kurvenkrümmung ρd, die in
dem Abschnitt 52 zur Umwandlung von Drehmoment in Querbeschleunigung,
dem Abschnitt 53 zur Umwandlung von Drehmoment in Gierrate
und dem Abschnitt 54 zur Umwandlung von Drehmoment in Kurvenkrümmung berechnet
werden, jeweils den Abschnitten zur Umwandlung in Einschlagwinkel 55, 56 und 57 bereitgestellt.
Dann werden in den Abschnitten zur Umwandlung in Einschlagwinkels 55, 56 und 57 der
Zieleinschlagwinkel δg.
der Zieleinschlagwinkel δγ und der
Zieleinschlagwinkel δρ berechnet,
welche der berechneten antizipierten Querbeschleunigung Gd, antizipierten
Gierrate γd
und antizipierten Kurvenkrümmung ρd entsprechen.
-
Der
Abschnitt 55 zur Umwandlung in Einschlagwinkel berechnet
den Zieleinschlagwinkel δg der
rechten und linken Vorderräder
FW1 und FW2, der zum Erzeugen der berechneten antizipierten Querbeschleunigung
Gd nötig
ist. Wie in 7 gezeigt weist der Abschnitt 55 zur
Umwandlung in Einschlagwinkel eine Tabelle auf, die eine sich in Übereinstimmung
mit der Fahrzeuggeschwindigkeit V ändernde Änderungscharakteristik des
Zieleinschlagwinkels δg
mit Bezug auf die antizipierte Querbeschleunigung Gd wiedergibt.
Diese Tabelle ist ein Datensatz, der durch Fahren des Fahrzeugs
gesammelt wird, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit V geändert und
vorab der Einschlagwinkel δ der
rechten und linken Vorderräder
FW1 und FW2 und die Querbeschleunigung G gemessen werden. Der Abschnitt 55 zur
Umwandlung in Einschlagwinkel bezieht sich auf diese Tabelle zum
Berechnen des Zieleinschlagwinkels δg, welcher der angegebenen antizipierten Querbeschleunigung
Gd und der erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit V entspricht, die von
dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 33 eingegeben wird. Obwohl
die Querbeschleunigung G (die antizipierte Querbeschleunigung Gd)
und der Zieleinschlagwinkel δg,
die in der Tabelle gespeichert sind, beide positiv sind, wird der
ausgegebene Zieleinschlagwinkel δg
negativ, wenn die antizipierte Querbeschleunigung Gd, die von dem
Abschnitt 52 zur Umwandlung von Drehmoment in Querbeschleunigung
bereitgestellt wird, negativ ist.
-
Weil
der Zieleinschlagwinkel δg
wie in der nachstehenden Gleichung 20 gezeigt eine Funktion der
Fahrzeuggeschwindigkeit V und der Querbeschleunigung G ist, kann
der Zieleinschlagwinkel δg außerdem durch
die Berechnung der nachstehenden Gleichung 20 anstatt durch Bezugnahme
auf die Tabelle berechnet werden. δg = L·(1 + A·V2)·Gd/V2 Gleichung
20
-
In
der Gleichung 20 ist L ein gegebener Wert, der vorab bestimmt wird
und einen Radstand zeigt, und A ist ein gegebener Wert, der vorab
bestimmt wird.
-
Der
Abschnitt 56 zur Umwandlung in Einschlagwinkel berechnet
den Zieleinschlagwinkel δγ der rechten
und linken Vorderräder
FW1 und FW2, der notwendig ist, um die berechnete antizipierte Gierrate δd zu erzeugen.
Wie in 8 gezeigt umfasst der Abschnitt 56 zur
Umwandlung in Einschlagwinkel eine Tabelle, welche eine Änderungscharakteristik
des sich in Übereinstimmung
mit der Fahrzeuggeschwindigkeit V ändernden Zieleinschlagwinkels δγ mit Bezug
auf die antizipierte Gierrate γd
wiedergibt. Diese Tabelle ist ein Datensatz, der durch Fahren des
Fahrzeugs gesammelt wird, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit V verändert wird
und wobei der Einschlagwinkel γ der
rechten und linken Vorderräder FW1
und FW2 und die Gierrate γ vorab
gemessen werden. Der Abschnitt 56 zur Umwandlung in Einschlagwinkel
bezieht sich auf diese Tabelle zum Berechnen des Zieleinschlagwinkels δγ, welcher
der eingegebenen antizipierten Gierrate γd und der erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit
V entspricht, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 33 eingegeben
wird. Obwohl die Gierrate γ (die
antizipierte Gierrate γd)
und der Zieleinschlagwinkel δγ, die in der
Tabelle gespeichert sind, beide positiv sind, wurde der ausgegebene
Zieleinschlagwinkel δγ negativ, wenn
die antizipierte Gierrate γd,
die von dem Abschnitt 53 zur Umwandlung von Drehmoment
in Gierrate bereitgestellt wird, negativ ist.
-
Weil
der Zieleinschlagwinkel δγ auch eine Funktion
der Fahrzeuggeschwindigkeit V und der Gierrate γ ist, wie in der nachstehenden
Gleichung 21 gezeigt, kann der Zieleinschlagwinkel δγ auch durch die
Berechnung der nachstehenden Gleichung 21 berechnet werden, anstatt
sich auf die Tabelle zu beziehen. δγ = L·(1 + A·V2)·γd/V Gleichung 21
-
In
der Gleichung 21 ist L ein gegebener Wert, der vorab bestimmt wird
und einen Radstand zeigt, und A ist ein gegebener Wert, der vorab
bestimmt wird.
-
Der
Abschnitt 57 zur Umwandlung in Einschlagwinkel berechnet
den Zieleinschlagwinkel δρ der rechten
und linken Vorderräder
FW1 und FW2, der zum Erzeugen der berechneten antizipierten Kurvenkrümmung ρd notwendig
ist. Wie in 9 gezeigt weist der Abschnitt 57 zur
Umwandlung in Einschlagwinkel eine Tabelle auf, welche eine Veränderungscharakteristik
des sich in Übereinstimmung
mit der Fahrzeuggeschwindigkeit V ändernden Zieleinschlagwinkels δρ mit Bezug
auf die antizipierte Kurvenkrümmung ρd anzeigt.
Diese Tabelle ist ein Datensatz, der vorab durch Fahren des Fahrzeugs
gesammelt wird, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit V geändert wird
und der Einschlagwinkel δ der
rechten und linken Vorderräder
FW1 und FW2 und die Kurvenkrümmung ρ gemessen
werden. Der Abschnitt 57 zur Umwandlung in Einschlagwinkel
bezieht sich auf diese Tabelle zum Berechnen des Zieleinschlagwinkels δρ, welcher
der eingegebenen antizipierten Kurvenkrümmung ρd und der erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit
V entspricht, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 33 eingegeben
wird. Obwohl die Kurvenkrümmung ρ (antizipierte
Kurvenkrümmung ρd) und der
Zieleinschlagwinkel δρ, die in
der Tabelle gespeichert sind, beide positiv sind, wird der ausgegebene
Zieleinschlagwinkel δρ negativ,
wenn die antizipierte Kurvenkrümmung ρd, die von
dem Abschnitt 54 zur Umwandlung von Drehmoment in Kurvenkrümmung bereitgestellt
wird, negativ ist.
-
Weil
der Zieleinschlagwinkel δρ wie in der nachstehenden
Gleichung 22 gezeigt auch eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit
V und der Kurvenkrümmung ρ ist, kann
der Zieleinschlagwinkel δρ aus der
nachstehenden Gleichung 22 berechnet werden, anstatt sich auf die
Tabelle zu beziehen. δρ = L·(1 + A·V2)·ρd Gleichung 22
-
In
der Gleichung 22 ist L ein gegebener Wert, der vorab bestimmt wird
und einen Radstand zeigt, und A ist ein gegebener Wert, der vorab
bestimmt wird.
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Wie
vorstehend beschrieben werden die berechneten Zieleinschlagwinkel δg, δγ und δρ dem Abschnitt 58 zur
Bestimmung des Einschlagwinkels bereitgestellt. Der Abschnitt 58 zur
Bestimmung des Einschlagwinkels wählt auf der Grundlage der erfassten
Fahrzeuggeschwindigkeit V, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 33 erfasst
wird, unter den Zieleinschlagwinkeln δg, δγ und δρ den Zieleinschlagwinkel aus,
der eine optimale Lenkeigenschaft im Bereich der derzeitigen Fahrzeuggeschwindigkeit V
aufweist, und bestimmt den ausgewählten Einschlagwinkel als den
Zieleinschlagwinkel δd.
Noch genauer können
die Zieleinschlagwinkel δg, δγ und δρ jeweils
auf der Grundlage der Gleichungen 20, 21 und 22 berechnet
werden. In einem Fall, in dem die antizipierte Kurvenkrümmung beispielsweise
als die Bewegungszustandsgröße verwendet
wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V groß ist (nachstehend als Fahrt
mit hoher Geschwindigkeit bezeichnet) wird eine Verstärkung (ein
Wert) des Zieleinschlagwinkels δρ der rechten
und linken Vorderräder
FW1 und FW2, welcher der antizipierten Kurvenkrümmung ρd (dem Lenkwinkel δγ und δρ) entspricht,
wie aus Gleichung 20 ersichtlich, schnell angehoben, so dass keine
realistischen Lenkeigenschaften erhalten werden können. Zudem
wird in dem Fall, in dem beispielsweise die antizipierte Querbeschleunigung
Gd als die Bewegungszustandsgröße verwendet
wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V klein ist (nachstehend als
Fahrt mit kleiner Geschwindigkeit bezeichnet) eine Verstärkung (ein
Wert) des Zieleinschlagwinkels δg
der rechten und linken Vorderräder
FW1 und FW2, welcher der antizipierten Querbeschleunigung Gd (dem
Lenkwinkel θ)
entspricht, wie aus der Gleichung 20 ersichtlich, schnell angehoben,
so dass die realistischen Lenkcharakteristiken ebenfalls nicht erhalten
werden können.
Zudem wird in dem Fall, in dem beispielsweise die antizipierte Gierrate γd als die
Bewegungszustandsgröße verwendet
wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V sehr klein ist, eine Verstärkung (ein
Wert) des Zieleinschlagwinkels δγ der rechten
und linken Vorderräder
FW1 und FW2 zu der antizipierten Gierrate γd (dem Lenkwinkel θ) wie aus
der Gleichung 21 ersichtlich stark ansteigen, so dass man die realistische
Lenkcharakteristik ebenfalls nicht erhalten kann.
-
Daher
wählt der
Abschnitt 58 zur Bestimmung des Einschlagwinkels die Zieleinschlagwinkel δg, δγ und δρ so, dass
die Variationsgröße beim
Anstieg oder der Verringerung der Verstärkung (des Werts) des Einschlagwinkels δ der rechten
und linken Vorderräder
FW1 und FW2, die der Änderung
der Bewegungszustandsgröße (genauer
gesagt des Lenkwinkels θ)
entsprechen, klein wird, d. h., so dass die optimale (realistische)
Lenkcharakteristik in Übereinstimmung
mit der derzeitigen Fahrzeuggeschwindigkeit V sichergestellt werden
kann, und bestimmt den gewählten
Zieleinschlagwinkel als den Zieleinschlagwinkel δd. Genauer gesagt wählt der
Abschnitt 58 zur Bestim mung des Einschlagwinkels in dem
Fall, in dem das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt, den
Zieleinschlagwinkel δg,
welcher der antizipierten Querbeschleunigung Gd entspricht, dessen
Verstärkung
(dessen Wert) bei der Fahrt mit hoher Geschwindigkeit die kleinste
Variationsgröße aufweist. Weiterhin
wählt der
Abschnitt 58 zur Bestimmung des Einschlagwinkels in dem
Fall, in dem das Fahrzeug mit geringer Geschwindigkeit fährt, den
Zieleinschlagwinkel δρ, welcher
der antizipierten Kurvenkrümmung ρb entspricht,
dessen Verstärkung
(Wert) bei der Fahrt mit niedriger Geschwindigkeit die minimale
Variationsgröße aufweist.
Weiterhin wählt
der Abschnitt 58 zur Bestimmung des Einschlagwinkels in
einem Fall, in dem das Fahrzeug mit einer mittleren Geschwindigkeit
fährt,
wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit V eine bestimmte Größe erreicht
hat, den Zieleinschlagwinkel δγ, welcher
der antizipierten Gierrate γd
entspricht, dessen Verstärkung
(Wert) die minimale Variationsgröße bei der
Fahrt mit mittlerer Geschwindigkeit aufweist. Wie vorstehend beschrieben wird
der Zieleinschlagwinkel unter den Zieleinschlagwinkeln δg, δγ und δρ in jedem
Geschwindigkeitsbereich ausgewählt,
dessen Verstärkung
(Wert) die kleinste Variationsgröße aufweist,
wobei die schnelle Fahrt des Fahrzeugs in die Kurve bzw. die zu
starke Reaktion des Fahrzeugs auf den Lenkeingriff in allen Geschwindigkeitsbereichen
abhängig
von der Größe des Drehens
(d. h. dem Lenkwinkel θ)
des Lenkgriffs 11 durch den Fahrer verhindert werden kann.
Zudem kann die schnelle Veränderung
der Verstärkung
(des Werts) des Zieleinschlagwinkels bei einer kleinen Geschwindigkeitsänderung
verhindert werden. In Übereinstimmung
damit kann der Fahrer leicht das Fahrzeug fahren, ohne ein Gefühl der Unstimmigkeit wahrzunehmen,
weil man die Lenkcharakteristik, die für die derzeitige Fahrzeuggeschwindigkeit
optimal ist, erhalten kann. Dann bestimmt der Abschnitt 58 zur
Bestimmung des Einschlagwinkels den Zieleinschlagwinkel, der unter
den Zieleinschlagwinkeln δg, δγ und δρ ausgewählt ist,
als den Zieleinschlagwinkel δd.
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Der
Zieleinschlagwinkel δd,
der auf diese Weise bestimmt wurde, wird einem Abschnitt 61 zur Korrektur
des Einschlagwinkels des Abschnitts 60 zur Steuerung der
Kurvenfahrt bereitgestellt. Der Abschnitt 61 zur Korrektur
des Einschlagwinkels korrigiert den Zieleinschlagwinkel δd, der von
dem Abschnitt 58 zur Bestimmung des Einschlagwinkels bereitgestellt
wird, und berechnet einen korrigierten Zieleinschlagwinkel δda. Noch
genauer gibt der Abschnitt 61 zur Korrektur des Einschlagwinkels
die antizipierte Querbeschleunigung Gd aus dem Abschnitt 52 zur
Umwandlung von Drehmoment in Querbeschleunigung sowie die tatsächliche
Querbeschleunigung G ein, die von dem Querbeschleunigungssensor 34 erfasst
wird. In einem Fall, in dem der bereitgestellte Zieleinschlagwinkel δd der Zieleinschlagwinkel δg ist, führt er die
Berechnung der nachstehenden Gleichung 23 durch, um den korrigierten
Zieleinschlagwinkel δda
zu berechnen. δda = δg + K3·(Gd – G) Gleichung 23
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Der
Koeffizient K3 ist eine vorab bestimmte positive Konstante, die
korrigiert ist, um anzugeben, wie weit der Absolutwert des korrigierten
Zieleinschlagwinkels δda
in dem Fall erhöht
wird, in dem die tatsächliche
Querbeschleunigung G kleiner als die antizipierte Querbeschleunigung
Gd ist. Weiterhin wird sie korrigiert, um anzugeben, wie weit der
Absolutwert des korrigierten Zieleinschlagwinkels δda in dem
Fall verringert wird, in welchem die derzeitige Querbeschleunigung
G die antizipierte Querbeschleunigung Gd übersteigt. Diese Korrektur
stellt die Einschlagwinkel der rechten und linken Vorderräder FW1
und FW2, die für
die antizipierte Querbeschleunigung Gd notwendig sind, mit hoher
Genauigkeit sicher.
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Der
Abschnitt 61 zur Korrektur des Einschlagwinkels gibt die
antizipierte Gierrate δd
aus dem Abschnitt 53 zur Umwandlung der Gierrate in ein Drehmoment
ebenso ein wie die tatsächliche
Gierrate 7, die von dem Gierratensensor 35 erfasst
wird. In einem Fall, in dem der bereitgestellte Zieleinschlagwinkel δd dem Zieleinschlagwinkel δγ entspricht, führt der
Abschnitt 61 zur Korrektur des Einschlagwinkels die Berechnung
der nachstehenden Gleichung 24 zum Berechnen des korrigierten Zieleinschlagwinkels δda durch. δda
= δγ + K4·(γd – γ) Gleichung 24
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Der
Koeffizient K4 ist eine vorab bestimmte positive Konstante, die
korrigiert ist, um anzugeben, wie weit der Absolutwert des korrigierten
Zieleinschlagwinkels δda
erhöht
wird, wenn die tatsächliche Gierrate γ kleiner
als die antizipierte Gierrate γd
ist. Weiterhin ist sie korrigiert, um anzugeben, wie wert der Absolutwert
des korrigierten Zieleinschlagwinkels δda in dem Fall verringert wird,
in welchem die tatsächliche
Gierrate γ die
antizipierte Gierrate γd übersteigt.
Diese Korrektur stellt die Einschlagwinkel der rechten und linken
Vorderräder
FW1 und FW2, die für die
antizipierte Gierrate γd
notwendig sind, mit hoher Präzision
sicher.
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Der
Abschnitt 61 zur Korrektur des Einschlagwinkels gibt weiterhin
die antizipierte Kurvenkrümmung ρd aus dem
Abschnitt 54 zur Umwandlung des Drehmoments in Kurvenkrümmung ebenso wie
die tatsächliche
Kurvenkrümmung ρ aus dem
Abschnitt 62 zur Berechnung der Kurvenkrümmung ein. Der
Abschnitt 62 zur Berechnung der Kurvenkrümmung berechnet
die tatsächliche
Kurvenkrümmung ρ durch die
Ausführung
der Berechnung der nachstehenden Gleichung 25 unter Verwendung der
Querbeschleunigung G, die von dem Querbeschleunigungssensor 34 erfasst
wird, oder der Gierrate γ,
die von dem Gierratensensor 35 erfasst wird, und der Fahrzeuggeschwindigkeit
V, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 33 erfasst
wird, und gibt das Ergebnis an den Abschnitt 61 zur Korrektur
des Einschlagwinkels aus. ρ = G/V2 oder ρ = γ/V Gleichung 25
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Dann
führt der
Abschnitt 61 zur Korrektur des Einschlagwinkels die Berechnung
der nachstehenden Gleichung 26 durch, um den korrigierten Zieleinschlagwinkel δda in dem
Fall zu berechnen, in welchem der bereitgestellte Zieleinschlagwinkel δd der Zieleinschlagwinkel ρd ist. δda
= δd + K5·(ρd – ρ) Gleichung 26
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Der
Koeffizient K5 ist eine vorab bestimmte positive Konstante, die
zu einem Zeichen korrigiert wird, um welches der Absolutwert des
korrigierten Zieleinschlagwinkels δda in dem Fall erhöht wird,
in dem die tatsächliche
Kurvenkrümmung ρ kleiner
als eine antizipierte Kurvenkrümmung ρd ist. Weiterhin wird
er korrigiert, um anzugeben, wie weit der Absolutwert des Zieleinschlagwinkels δda in dem
Fall verringert wird, in dem er die tatsächliche Kurvenkrümmung ρd übersteigt.
Diese Korrektur stellt die Einschlagwinkel der rechten und linken
Vorderräder FW1
und FW2, die für
die antizipierte Kurvenkrümmung ρd notwendig
sind, mit hoher Präzision
sicher.
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Der
berechnete korrigierte Zieleinschlagwinkel δda wird an den Antriebssteuerabschnitt 63 bereitgestellt.
Der Antriebssteuerabschnitt 63 gibt den tatsächlichen
Einschlagwinkel δ,
der von dem Einschlagwinkelsensor 32 erfasst wird, ein
und regelt die Drehung des Elektromotors in dem Einschlagstellglied 21 so,
dass die rechten und linken Vorderräder FW1 und FW2 in den korrigierten
Zieleinschlagwinkel δda
eingeschlagen werden. Weiterhin gibt der Antriebssteuerabschnitt 63 außerdem den
Antriebsstrom, der von der Antriebsschaltung 38 fließt, an den elektrischen
Motor ein und regelt die Antriebsschaltung 38 so, dass
der Antriebstrom, der eine Größe aufweist,
welche dem Einschlagdrehmoment entspricht, geeignet durch den elektrischen
Motor fließt. Durch
die Antriebssteuerung des Elektromotors in dem Einschlagstellglied 21 wird
die Drehung des Elektromotors über
die drehende Abtriebswelle 22 an das Zahn rad 23 übertragen,
wodurch die Zahnstange 24 von dem Zahnrad 23 in
der Richtung der Welle verschoben wird. Die Verschiebung der Zahnstange 24 in
der Richtung der Welle schlägt
die rechten und linken Vorderräder
FW1 und FW2 in den korrigierten Zieleinschlagwinkel δda ein.
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Wie
aus der Erläuterung
des Vorgangs verständlich,
wird der Lenkwinkel θ als
der vom Fahrer an dem Lenkgriff 11 eingegebene Betätigungswert nach
der ersten Ausführungsform
an dem Abschnitt 51 zur Umwandlung der Verlagerung in ein
Drehmoment in das Lenkmoment Td umgewandelt. Das umgewandelte Lenkmoment
Td wird dem Abschnitt 52 für die Umwandlung des Drehmoments
in die Querbeschleunigung, dem Abschnitt 53 für die Umwandlung
des Drehmoments in die Gierrate und dem Abschnitt 54 für die Umwandlung
des Drehmoments in die Kurvenkrümmung
bereitgestellt, um in die antizipierte Querbeschleunigung Gd, die
antizipierte Gierrate γd
und die antizipierte Kurvenkrümmung ρd umgewandelt
zu werden. Die umgewandelte antizipierte Querbeschleunigung Gd,
antizipierte Gierrate γd
und antizipierte Kurvenkrümmung ρd werden
jeweils den Abschnitten 55, 56 und 57 zur
Umwandlung in Einschlagwinkel bereitgestellt, in denen die Zieleinschlagwinkel δg, δγ und δρ berechnet
werden.
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Die
berechneten Zieleinschlagwinkel δg, δγ und δρ werden dem
Abschnitt 58 zur Bestimmung des Einschlagwinkels bereitgestellt.
Der Abschnitt 58 zur Bestimmung des Einschlagwinkels bestimmt
den Zieleinschlagwinkel δd
in Übereinstimmung
mit der erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit V, wodurch die rechten
und linken Vorderräder
FW1 und FW2 durch den Abschnitt 61 zur Korrektur des Einschlagwinkels und
den Antriebssteuerabschnitt 63 in den korrigierten Zieleinschlagwinkel δda eingeschlagen
werden. In diesem Fall ist das Lenkmoment Td eine physikalische
Größe, die
von dem Fahrer aufgrund der Aktion des Reaktionskraftstellglieds 13 über den
Lenkgriff 11 wahrnehmbar ist. Das Lenkmoment Td wird außerdem in
der Art einer Exponentialfunktion mit Bezug auf den Lenkwinkel θ geändert. Daher
kann der Fahrer den Lenkgriff 11 in Übereinstimmung mit der menschlichen
Wahrnehmungscharakteristik drehen, wobei er die Reaktionskraft in Übereinstimmung mit
dem Weber-Fechnerschen Gesetz spürt.
Weiterhin sind die tatsächliche
Querbeschleunigung G, die tatsächliche
Gierrate γ und
die tatsächliche
Kurvenkrümmung ρ, die aufgrund
des Einschlagens der rechten und linken Vorderräder FW1 und FW2 auf das Fahrzeug
wirken, auch physikalische Größen, die
wahrgenommen werden können,
und jeder dieser Werte G, γ und ρ wird so
gesteuert, dass er gleich der antizipierten Querbeschleunigung Gd,
der antizipierten Gierrate γd
oder der antizipierten Kurvenkrümmung ρd wird.
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Die
antizipierte Querbeschleunigung Gd, die antizipierte Gierrate γd und die
antizipierte Kurvenkrümmung ρd werden
außerdem
in der Weise einer Exponentiatonsfunktion (d. h., in der Weise einer
Exponentialfunktion mit Bezug auf den Lenkwinkel θ durch Umformen
der Gleichung 4 in die Gleichung 9) mit Bezug auf das Lenkmoment
Td geändert,
das aus dem Lenkwinkel θ berechnet
wird, der von dem Fahrer eingegeben wird. In Übereinstimmung damit kann der
Fahrer den Lenkgriff 11 in Übereinstimmung mit der Wahrnehmungscharakteristik
des Menschen drehen, wobei er die Querbeschleunigung in Übereinstimmung
mit dem Weber-Fechnerschen Gesetz fühlt, wodurch er dazu fähig ist,
das Fahrzeug in eine Kurve zu steuern. Als ein Ergebnis kann der
Fahrer den Lenkgriff 11 angepasst an die Wahrnehmungscharakteristiken
des Menschen betreiben, wodurch er dazu fähig ist, das Fahrzeug einfach
zu führen.
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Weiterhin
werden die antizipierte Querbeschleunigung Gd, die antizipierte
Gierrate γd
und die antizipierte Kurvenkrümmung ρd berechnet
und die zugehörigen
Zieleinschlagwinkel δg, δγ und δρ werden jeweils
berechnet, wodurch mindestens entweder die Zieleinschlagwinkel δg, δγ und δρ ausgewählt und
als der Zieleinschlagwinkel δd
auf der Grundlage der erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit V bestimmt werden
kann. Dies ermöglicht
es, den Lenkgriff 11 in allen Geschwindigkeitsbereichen
des Fahrzeugs angepasst an die menschlichen Wahrnehmungscharakteristik
zu drehen. So kann der Fahrer das Fahrzeug in allen Geschwindigkeitsbereichen
leicht führen, ohne
ein Gefühl
der Unstimmigkeit wahrzunehmen.
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Der
Abschnitt 61 zur Korrektur des Einschlagwinkels korrigiert
den Zieleinschlagwinkel δd (den
Zieleinschlagwinkel δg,
den Zieleinschlagwinkel δγ und den
Zieleinschlagwinkel δρ) so, dass
die tatsächliche
Querbeschleunigung G, die tatsächliche Gierrate γ und die
tatsächliche
Kurvenkrümmung ρ, die tatsächlich für das Fahrzeug
erzeugt werden, korrigiert dem Lenkwinkel θ des Lenkgriffs 11 entsprechen,
wodurch die tatsächliche
Querbeschleunigung G, die tatsächliche
Gierrate γ und
die tatsächliche Kurvenkrümmung ρ, welche
korrigiert dem Lenkwinkel θ des
Lenkwinkels 11 entsprechen, für das Fahrzeug erzeugt werden.
Als ein Ergebnis kann der Fahrer den Lenkgriff 11 drehen,
wobei er die Querbeschleunigung spürt, die korrigiert an die Wahrnehmungscharakteristiken
des Menschen angepasst ist. Daher wird das Fahren des Fahrzeugs
weiter erleichtert.
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Zweite Ausführungsform
-
In
der ersten Ausführungsform
wählt der
Abschnitt 58 zur Bestimmung des Einschlagwinkels den Zieleinschlagwinkel,
der die kleinste Variationsgröße der Verstärkung (des
Werts) des Einschlagwinkels aufweist, aus dem Zieleinschlagwinkel δg, dem Zieleinschlagwinkel δγ und dem
Zieleinschlagwinkel δρ auf der
Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit V aus und bestimmt den ausgewählten Zieleinschlagwinkel
als den Zieleinschlagwinkel δd.
Andererseits ist es möglich,
den Zieleinschlagwinkel δd
auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit V zu bestimmen, welcher
das Verhältnis
des Zieleinschlagwinkels δg,
des Zieleinschlagwinkels δγ und des
Zieleinschlagwinkels δρ kontinuierlich ändert. Eine
Fahrzeugsteuervorrichtung nach der zweiten Ausführungsform wird nachstehend
beschrieben. In der Fahrzeugsteuervorrichtung nach der zweiten.
Ausführungsform
ist das Computerprogramm, das von der elektronischen Steuereinheit 36 ausgeführt wird, etwas
von der ersten Ausführungsform
verschieden, aber der Aufbau der Lenkvorrichtung ist derselbe wie jener
der ersten Ausführungsform.
Daher werden die gleichen Bezugszeichen für die Komponenten verwendet,
die dieselben wie in der ersten Ausführungsform sind, um die genaue
Beschreibung derselben auszulassen.
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In
der zweiten Ausführungsform
wird das von der elektronischen Steuereinheit 36 ausgeführte Computerprogramm
durch ein Funktionsblockschaubild der 10 gezeigt.
In diesem Fall arbeiten der Abschnitt 51 für die Umwandlung
von Verlagerung in Drehmoment, der Abschnitt 52 für die Umwandlung von
Drehmoment in Querbeschleunigung, der Abschnitt 53 für die Umwandlung
von Drehmoment in Gierrate, der Abschnitt 54 für die Umwandlung
von Drehmoment in Kurvenkrümmung
und jeder Abschnitt 55, 56 und 57 für die Umwandlung
in Einschlagwinkel in gleicher Weise wie in der ersten Ausführungsform,
und ein Abschnitt 59 zur Berechnung eines Einschlagwinkels
wird anstelle des Abschnitts 58 für die Bestimmung des Einschlagwinkels
der ersten Ausführungsform
vorgesehen.
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Der
Abschnitt 59 zur Berechnung des Einschlagwinkels ändert das
Verhältnis
des Zieleinschlagwinkels δg,
des Zieleinschlagwinkel δγ und des
Zieleinschlagwinkel δρ, die jeweils
von den Abschnitten 55, 56 und 57 zur
Umwandlung in Einschlagwinkel in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit
V bereitgestellt werden, in Übereinstimmung
mit der nachstehenden Gleichung 27, und alle Zieleinschlagwinkel δg, δγ und δρ, deren Verhältnisse
geändert
werden, werden addiert, um den Zieleinschlagwinkel δd zu berechnen. δd
= Kg·δg + Kγ·δγ + Kρ·δρ Gleichung 27
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Kg,
Kγ und Kρ sind Variablen,
die jeweils das Verhältnis
der Zieleinschlagwinkel δg, δγ und δρ wiedergeben.
Die von der nachstehenden Gleichung 28 wiedergegebene Beziehung
wird zwischen allen Variablen Kg, Kγ und Kρ eingerichtet. Man bemerke, das
jede Variable Kg, Kγ und
Kρ in Übereinstimmung mit
der Fahrzeuggeschwindigkeit V geändert
wird. Kg + Kγ + Kρ = 1 Gleichung 28
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Die
Berechnung im Abschnitt 59 zur Berechnung des Einschlagwinkels
wird genauer erläutert. Wie
in dem Abschnitt 58 zur Bestimmung des Einschlagwinkels
in der ersten Ausführungsform
wird der Zieleinschlagwinkel δg
bei der Fahrt mit hoher Geschwindigkeit, der Zieleinschlagwinkel δγ bei der Fahrt
mit mittlerer Geschwindigkeit und der Zieleinschlagwinkel δρ bei der
Fahrt mit geringer Geschwindigkeit auch bei der Berechnung in dem
Abschnitt 59 zur Einschlagwinkelberechnung ausgewählt. Daher haben
alle Variablen Kg, Kγ und
Kρ die Änderungscharakteristik
mit Bezug auf die Fahrzeuggeschwindigkeit wie in 11 gezeigt.
Noch genauer wird die Variable Kg bei der Fahrt mit hoher Geschwindigkeit auf „1" gesetzt und die
Variablen Kγ und
Kρ werden jeweils
in Übereinstimmung
mit der Gleichung 28 auf „0" gesetzt. Die Variable
Kγ wird
bei der Fahrt mit mittlerer Geschwindigkeit auf „1" gesetzt und die Variablen Kg und Kρ werden jeweils
auf „0" gesetzt. Die Variable
Kρ wird
bei der Fahrt mit niedriger Geschwindigkeit auf „1" gesetzt und die Variable Kg und Kγ werden jeweils
bei der Fahrt mit niedriger Geschwindigkeit auf „0" gesetzt. Das macht den Zieleinschlagwinkel δd, der in Übereinstimmung
mit der Gleichung 27 berechnet wird, gleich dem Zieleinschlagwinkel δd bei der
Fahrt mit hoher Geschwindigkeit, gleich dem Zieleinschlagwinkel δγ bei der Fahrt
mit mittlerer Geschwindigkeit und gleich dem Zieleinschlagwinkel δρ bei der
Fahrt mit niedriger Geschwindigkeit.
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Weiterhin
wird jede der Variablen Kg, Kγ und Kρ gleichförmig erhöht oder
verringert, wenn sich der Geschwindigkeitsbereich ändert. Mit
anderen Worten wird jede der Variablen Kg, Kγ und Kρ in der Art einer linearen Funktion
geändert,
die einen vorab bestimmten Anstieg aufweist. Noch genauer erläutert wird
der Wert der Variablen Kg beispielsweise gleichförmig von „1" auf „0" verändert
und der Wert der Variablen Kγ wird
gleichförmig
von „0" auf „1" verändert, wenn
sich die Fahrzeuggeschwindigkeit V von dem Hochgeschwindigkeitsbereich
in den Bereich mittlerer Geschwindigkeit ändert. In dem Fall, in dem
sich die Fahrzeuggeschwindigkeit V von dem Bereich mittlerer Geschwindigkeit
in den Bereich niedriger Geschwindigkeit ändert, wird der Wert der Variablen Kγ gleichförmig von „1" auf „0" verändert, und
der Wert der Variablen Kρ wird
gleichförmig
von „0" auf „1" geändert. Jede
der Variablen Kg, Kγ und
Kρ kann in Übereinstimmung
mit der Fahrzeuggeschwindigkeit V so verändert werden, dass es möglich ist,
anstelle der Variablen, die in der Weise einer linearen Funktion
geändert
werden, eine Variable zu verwenden, die in der Weise einer quadratischen
Funktion mit der Fahrzeuggeschwindigkeit V als einer Variable verändert wird,
oder eine Variable, die in der Art einer Exponentialfunktion verändert wird.
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Wie
vorstehend beschrieben wird der Wert jeder Variablen Kg, Kγ und Kρ, d. h.,
das Verhältnis des
Zieleinschlagwinkels δg,
des Zieleinschlagwinkel δγ und des
Zieleinschlagwinkels δρ in Übereinstimmung
mit der Fahrzeuggeschwindigkeit V verändert, und der aufaddierte
und berechnete Zieleinschlagwinkel δd wird wie in der ersten Ausführungsform dem
Abschnitt 61 für
die Korrektur des Einschlagwinkels bereitgestellt. Dann wird der
bereitgestellte Zieleinschlagwinkel δd durch den Abschnitt 61 für die Korrekturdes
Einschlagwinkels korrigiert, um den korrigierten Zieleinschlagwinkel δda zu berechnen, wodurch
die rechten und linken Vorderräder
FW1 und FW2 durch den Antriebssteuerabschnitt 63 so gesteuert
werden, dass sie in den korrigierten Zieleinschlagwinkel δda eingeschlagen
werden.
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Wie
aus der Erläuterung
des Betriebs verständlich
wird, erhöht
oder verringert der Abstand 59 zur Berechnung des Einschlagwinkels
gleichförmig das
Verhältnis
der Werte jeder Variablen Kg, Kγ und Kρ, d. h. das
Verhältnis
des Zieleinschlagwinkels δg, des
Zieleinschlagwinkels δγ und des
Zieleinschlagwinkels δρ, wenn sich
der Geschwindigkeitsbereich ändert,
wodurch der Zieleinschlagwinkel δd
berechnet wird, der in jedem Geschwindigkeitsbereich kontinuierlich
geändert
wird. In Übereinstimmung
damit kann die Lenkcharakteristik kontinuierlich mit dem Ergebnis
geändert
werden, dass der Fahrer das Fahrzeug einfach fahren kann, ohne ein
Gefühl
der Unstimmigkeit wahrzunehmen, das durch die Änderung des Geschwindigkeitsbereichs
verursacht wird. Die anderen Effekte sind dieselben wie jene in
der ersten Ausführungsform.
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Dritte Ausführungsform
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In
der ersten Ausführungsform
wählt der
Abschnitt 58 zur Bestimmung des Einschlagwinkels den Zieleinschlagwinkel,
der die kleinste Variationsgröße der Verstärkung (des
Wertes) des Einschlagwinkels aufweist, aus dem Zieleinschlagwinkel δg, dem Zieleinschlagwinkel δγ und dem
Zieleinschlagwinkel δρ auf der
Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit V aus und bestimmt den ausgewählten Zieleinschlagwinkel als
den Zieleinschlagwinkel δd.
Der Grund dafür
ist folgender. In dem Fall, in dem der Zieleinschlagwinkels δg ausgewählt und
als der Zieleinschlagwinkel δd
bestimmt wird, wird beispielsweise die Verstärkung (der Wert) des Zieleinschlagwinkels δg bei der
Fahrt mit niedriger Geschwindigkeit, insbesondere bei der Fahrt
mit besonders niedriger Geschwindigkeit, wie aus Gleichung 20 ersichtlich, äußerst groß, wodurch
es unmöglich
wird, die realistische Lenkcharakteristik zu erhalten. Daher wird
der Zieleinschlagwinkel δρ als der
Zieleinschlagwinkel δd bei
der Fahrt mit niedriger Geschwindigkeit ausgewählt und bestimmt, um eine realistische
Lenkcharakteristik zu erhalten.
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Wenn
jedoch der Zieleinschlagwinkel δρ in dem Fall
ausgewählt
wird, in dem das Fahrzeug mit sehr niedriger Geschwindigkeit fährt (die
Stellung wechselt), wie beispielsweise beim Parken des Fahrzeugs,
ist die Änderungsgröße der Verstärkung (des Wertes)
mit Bezug auf die antizipierte Kurvenkrümmung ρd (den Lenkwinkel θ) klein,
so dass es einen Fall geben kann, in welchem der Fahrer den Lenkgriff 11 mehr
drehen muss, um den gewünschten
tatsächlichen
Einschlagwinkel δ zu
erhalten. Wenn das Fahrzeug mit einer sehr niedrigen Geschwindigkeit fährt (die
Stellung wechselt), kann es daher einen Fall geben, in dem die rechten
und linken Vorderräder
FW1 und FW2 mit Bezug auf die drehende Betätigung des Lenkgriffs 11 durch
einen Fahrer, d. h. mit Bezug auf den Lenkwinkel θ, stark
eingeschlagen werden. Im Hinblick darauf wird nachstehend die dritte
Ausführungsform
erläutert,
bei welcher die rechten und linken Vorderräder FW1 und FW2 bei der langsamen
Fahrt insbesondere bei sehr langsamer Fahrt stark eingeschlagen
werden. In der Fahrzeuglenkvorrichtung nach der dritten Ausführungsform
ist da Computerprogramm, das von dem Abschnitt 58 zur Bestimmung
des Einschlagwinkels in der elektronischen Steuereinheit 36 ausgeführt wird,
etwas von der ersten Ausführungsform
verschieden, aber der Aufbau der Lenkvorrichtung ist derselbe wie
jener der ersten Ausführungsform.
Daher werden den gleichen Komponenten wie in der ersten Ausführungsform
die gleichen Bezugszeichen vergeben, um die genaue Erläuterung
derselben auszulassen.
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In
der dritten Ausführungsform
wird das von der elektronischen Steuereinheit 36 durchgeführte Computerprogramm
durch ein Funktionsblockschaubild der 12 gezeigt.
In diesem Fall arbeiten der Abschnitt 51 zur Umwandlung
von Verlagerung in Drehmoment, der Abschnitt 52 zur Umwandlung
von Drehmoment in Querbeschleunigung und der Abschnitt 55 zur
Umwandlung in Einschlagwinkel in dem Abschnitt 50 zur Steuerung
der sensorischen Adaption in derselben Weise wie in der ersten Ausführungsform,
und der Abschnitt 53 zur Umwandlung von Drehmoment in Gierrate,
der Abschnitt 54 zur Umwandlung von Drehmoment in Kurvenkrümmung und
die Ab schnitte 56 und 57 zur Umwandlung in Einschlagswinkel
sind weggelassen. Weiterhin wird der Abschnitt 42 zur Berechnung
der Krümmung
der gefahrenen Kurve im Abschnitt 60 zur Einschlagsteuerung
weggelassen. Daher wird in der dritten Ausführungsform nur der Zieleinschlagwinkel δg von dem Abschnitt 55 zur
Umwandlung in Einschlagwinkel an den Abschnitt 58 zur Bestimmung
des Einschlagwinkels bereitgestellt.
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Der
Abschnitt 58 zur Bestimmung des Einschlagwinkels in der
dritten Ausführungsform
bestimmt den Zieleinschlagwinkel δd
nur auf der Grundlage des bereitgestellten Zieleinschlagwinkels δd. Noch genauer
erläutert
wird der Zieleinschlagwinkel δg
als die Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit V und der Querbeschleunigung
G (der antizipierten Querbeschleunigung Gd) auf der Grundlage der
Gleichung 20 berechnet, wie in der ersten Ausführungsform genau beschrieben.
Wenn die erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit sehr klein ist, steigt
daher die Verstärkung
(der Wert) des Zieleinschlagwinkels δg schnell an, was dazu führt, dass
man die realistischen Lenkeigenschaften nicht erhält.
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Andererseits
legt der Abschnitt 58 zur Bestimmung des Einschlagwinkels
in der dritten Ausführungsform
vorab den unteren Grenzwert (einen konstanten Wert) mit Bezug auf
die Fahrzeuggeschwindigkeit fest. Wenn die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 33 erfasste
Fahrzeuggeschwindigkeit V kleiner als der untere Grenzwert ist, berechnet
der Abschnitt 58 zur Bestimmung des Einschlagwinkels den
Zieleinschlagwinkel δg
unter Verwendung des unteren Grenzwertes der Fahrzeuggeschwindigkeit
V in der Gleichung 20. Dies macht die vorab bestimmten Werte L,
A und die Fahrzeuggeschwindigkeit V in der Gleichung 20 konstant,
wodurch der Zieleinschlagwinkel δg
die feste Beziehung zu der antizipierten Querbeschleunigung Gd aufweist.
In Übereinstimmung
damit kann der schnelle Anstieg der Verstärkung (des Wertes) des Zieleinschlagwinkels δg selbst
in dem Fall verhindert werden, in dem die Fahrzeuggeschwindigkeit
V sehr gering ist, wodurch es möglich
ist, eine realistische Lenkcharakteristik zu erhalten.
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Andererseits
bestimmt der Abschnitt 58 zur Bestimmung des Einschlagwinkels
selbst in dem Fall, in dem das Fahrzeug mit einer mittleren oder
hohen Geschwindigkeit fährt,
den Zieleinschlagwinkel δg
als den Zieleinschlagwinkel δd.
In diesem Fall steigt die Variationsgröße der Verstärkung (des
Wertes) des Zieleinschlagwinkels δd
etwas, wenn das Fahrzeug mit der mittleren Geschwindigkeit fährt. Die Lenkeigenschaften
verschlechtern sich jedoch nicht stark im Vergleich zu dem Einschlagwinkel δγ, der in Übereinstimmung
mit der Gleichung 21 in der ersten Ausführungsform bestimmt wird. Wie
vorstehend beschrieben wird der Zieleinschlagwinkel δg, der an dem
Abschnitt 58 zur Bestimmung des Einschlagwinkels als der
Zieleinschlagwinkel δd
bestimmt wurde, dem Abschnitt 61 zur Korrektur des Einschlagwinkels bereitgestellt
und in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform korrigiert. Dann
wird der korrigierte Zieleinschlagwinkel δda dem Abschnitt 63 zur Antriebssteuerung
bereitgestellt. In Übereinstimmung
damit werden die rechten und linken Vorderräder FW1 und FW2 so gesteuert,
dass sie in den korrigierten Zieleinschlagwinkel δda einschlagen.
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Wie
aus der vorstehend genannten Erläuterung
des Betriebs verständlich
wird, wird der Zieleinschlagwinkel δd nach der dritten Ausführungsform
in allen Geschwindigkeitsbereichen auf der Grundlage derselben Bewegungszustandsgröße, d. h.,
der antizipierten Querbeschleunigung Gd bestimmt. Daher können die
rechten und linken Vorderräder
FW1 und FW2 selbst in dem Fall, in welchem beispielsweise der Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich
verändert wird,
sanft eingeschlagen werden, wodurch es möglich wird, ein von einem Fahrer
wahrgenommenes Gefühl
der Unstimmigkeit effektiv zu verringern. Zudem wird der Zieleinschlagwinkel δd auf der
Grundlage einer einzelnen Bewegungszustandsgröße bestimmt, so dass das von
der elektronischen Steuereinheit 36 durchgeführte Computerprogramm
vereinfacht werden kann.
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Nachstehend
wird ein modifiziertes Beispiel erläutert, in welchem das Lenkmoment
T als der Betätigungseingabewert
des Lenkgriffs 11 verwendet wird. Wie durch eine gestrichelte
Linie in 1 gezeigt ist dieses modifizierte
Beispiel mit einem Lenkdrehmomentsensor 39 versehen, der
an der Lenkeingangswelle 12 angebracht ist, um das Lenkdrehmoment
T zu erfassen, das auf den Lenkgriff 11 ausgeübt wird.
Die anderen Aufbauten sind dieselben wie jene der ersten Ausführungsform,
aber das Computerprogramm, das von der elektronischen Steuereinheit 36 durchgeführt wird,
unterscheidet sich etwas von dem der ersten Ausführungsform.
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In
diesem modifizierten Beispiel wird der Abschnitt 51 zur
Umwandlung von Verlagerung in Drehmoment nicht vorgesehen, und der
Abschnitt 52 zur Umwandlung von Drehmoment in Querbeschleunigung,
der Abschnitt 53 zur Umwandlung von Drehmoment in Gierrate
und der Abschnitt 54 zur Umwandlung von Drehmoment in Kurvenkrümmung berechnen
die antizipierte Querbeschleunigung Gd, die antizipierte Gierrate γd und die
antizipierte Kurvenkrümmung ρd durch die
Ausführung
der Berechnung der Gleichungen 3 bis 8 unter Verwendung des Lenkmoments
T, das von dem Drehmomentsensor 59 erfasst wird, anstelle
des Lenkmoments Td, das von dem Abschnitt 51 zur Umwandlung
von Verlagerung in Drehmoment in dem funktionalen Blockschaubild der 2 berechnet
wird, welches das Computerprogramm wiedergibt. In diesem Fall können auch die
antizipierte Querbeschleunigung Gd, die antizipierte Gierrate γd und die
antizipierte Kurvenkrümmung ρd unter Verwendung
einer Tabelle berechnet werden, welche die Merkmale wiedergibt,
die in den 4 bis 6 gezeigt
sind, anstatt die Berechnung der Gleichungen 3 bis 8 durchzuführen. Die
restliche Programmverarbeitung, die von der elektronischen Steuereinheit 36 durchgeführt wird,
ist gleich wie jene in der ersten Ausführungsform.
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Nach
diesem modifizierten Beispiel wird das Lenkdrehmoment T, das als
der Betätigungseingabewert
des Fahrers an den Lenkgriff 11 dient, von dem Abschnitt 52 zur
Umwandlung von Drehmoment in Querbeschleunigung, dem Abschnitt 53 zur
Umwandlung von Drehmoment in Gierrate und dem Abschnitt 54 zur
Umwandlung von Drehmoment in Kurvenkrümmung in die antizipierte Querbeschleunigung
Gd, die antizipierte Gierrate γd
oder die antizipierte Kurvenkrümmung ρd umgewandelt.
Die umgewandelte antizipierte Querbeschleunigung Gd, antizipierte
Gierrate γd
oder antizipierte Kurvenkrümmung ρd wird von
den Abschnitten zur Umwandlung in Einschlagwinkel 55, 56 und 57 und
dem Abschnitt 58 zur Bestimmung des Einschlagwinkels als
der Zieleinschlagwinkel δd
bestimmt, wodurch die rechten und linken Vorderräder FW1 und FW2 vom Abschnitt 61 zur
Korrektur des Einschlagwinkels und dem Antriebssteuerabschnitt 63 in
dem korrigierten Zieleinschlagwinkel δda eingeschlagen werden. Auch
in diesem Fall ist das Lenkdrehmoment T eine physikalische Größe, die
der Fahrer an dem Lenkgriff 11 wahrnehmen kann, und die
antizipierte Querbeschleunigung Gd, die antizipierte Gierrate γd und die antizipierte
Kurvenkrümmung ρd werden
ebenfalls in der Weise einer Exponentiationsfunktion (d. h., in
der Weise einer Exponentialfunktion mit Bezug auf den Lenkwinkel θ durch Umwandeln
der Gleichung 4 in die Gleichung 9) mit Bezug auf das Lenkmoment
T verändert.
In Übereinstimmung
damit kann der Fahrer auch in diesem modifizierten Beispiel den
Lenkgriff 11 in Übereinstimmung
mit der Wahrnehmungscharakteristik des Menschen drehen, wobei er
die Querbeschleunigung in Übereinstimmung
mit dem Weber-Fechnerschen Gesetz fühlt, wodurch er wie in der
ersten Ausführungsform
dazu fähig
ist, das Fahrzeug in die Kurve zu führen. Daher wird derselbe Effekt
wie in der ersten Ausführungsform
erwartet.
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Weiterhin
kann zwischen der Lenksteuerung durch die erste Ausführungsform
und der Lenksteuerung durch das modifizierte Beispiel gewechselt
werden. Genauer gesagt werden sowohl der Lenkwinkelsensor 31 als
auch der Lenkdrehmomentsensor 39 vorgesehen, wobei der
Wechsel zwischen dem Fall, in dem die antizipierte Querbe schleunigung
Gd, die antizipierte Gierrate γd
und die antizipierte Kurvenkrümmung ρd unter Verwendung
des Ziellenkmoments Td berechnet werden, das in dem Abschnitt 51 zur
Umwandlung von Verlagerung in Drehmoment in der ersten Ausführungsform
berechnet wird, und dem Fall durchgeführt wird, in welchem die antizipierte
Querbeschleunigung Gd, die antizipierte Gierrate γd und die
antizipierte Kurvenkrümmung ρd unter Verwendung
des Lenkmoments T berechnet werden, das von dem Lenkmomentsensor 39 erfasst
wird. In diesem Fall kann der Wechsel automatisch in Übereinstimmung
mit der Absicht des Fahrers oder abhängig von dem Fahrzeugbewegungszustand
durchgeführt
werden.
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Anderes modifiziertes Beispiel
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die ersten bis dritten Ausführungsformen
und das modifizierte Beispiel beschränkt, und verschiedene Modifizierungen
sind möglich,
ohne vom Gegenstand der Ansprüche
abzuweichen.
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Beispielsweise
wird der Lenkgriff bzw. das Lenkrad 11 in den ersten bis
dritten Ausführungsformen
und dem modifizierten Beispiel verwendet, der bzw. das zum Lenken
des Fahrzeugs gedreht wird. Statt dessen kann jedoch ein Lenkgriff
vom Typ eines Joysticks verwendet werden, der linear verschoben wird,
oder irgendwelche anderen Lenkgriffe können verwendet werden, solange
sie von dem Fahrer betätigt
werden und die Lenkung des Fahrzeugs vorschreiben.
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In
den ersten bis dritten Ausführungsformen und
dem modifizierten Beispiel wird die Einschlagausgabewelle 22 von
dem Einschlagstellglied 21 gedreht, wodurch die rechten
und linken Vorderräder FW1
und FW2 eingeschlagen werden. Statt dessen können jedoch die rechten und
linken Vorderräder FW1
und FW2 durch lineares Verschieben der Zahnstange 24 unter
Verwendung des Lenkstellglieds 13 eingeschlagen werden.