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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Lenkhilfevorrichtung
und ein Verfahren zum Steuern der elektrischen Lenkhilfevorrichtung.
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EP 0 718 174 A zeigt
eine elektrische Lenkhilfevorrichtung mit einem Motor für das Erzeugen
einer Lenkunterstützungskraft,
einer Einrichtung für das
Erhalten des Lenkdrehmomentes, einer Einrichtung für das Erhalten
einer Drehwinkelgeschwindigkeit des Motors und einer Einrichtung
für das
Steuern des Motors.
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In
einer zugehörigen
elektrischen Lenkhilfevorrichtung, die vorgesehen ist, um eine Lenkunterstützungskraft
durch das Verwenden eines Motors abzugeben, wird die Lenkunterstützungskraft
entsprechend der Betriebsbedingungen, z. B. dem Lenkdrehmoment und
einer Fahrzeuggeschwindigkeit, verändert. Jedoch in solch einem
Fall des Verwendens solch einer zugehörigen elektrischen Lenkhilfevorrichtung,
die vorgesehen ist, um die Lenkunterstützungskraft entsprechend der
Betriebsbedingungen einfach zu ändern,
wird, wenn eine Lenkgeschwindigkeit verändert wird, ein Lenkgefühl unter dem
Einfluss der Trägheit
eines Bewegungsteiles eines Lenksystems, das den Motor enthält, verschlechtert.
Somit werden die folgenden Gegenmaßnahmen ergriffen. D. h., eine
Drehwinkelgeschwindigkeit des Motors wird entsprechend dessen Zwischen-Anschlussspannung,
des elektrischen Stromes, des Widerstandes, der gegen-elektromotorischen Kraft-Konstante
des Motors erhalten. Dann wird die Ausgangsleistung des Motors entsprechend
einer Drehwinkelbeschleunigung, berechnet aus der erhaltenen Drehwinkelgeschwindigkeit
in solch einer Weise, um den Einfluss der Trägheit des Bewegungsteiles auf
die Lenkung zu kompensieren, korrigiert. Jedoch bleibt die erhaltene
Drehwinkelbeschleunigung hinter der tatsächlichen Winkelbeschleunigung
des Lenkrades zurück,
was durch die tatsächliche
Lenkung verursacht wird. Demzufolge kann der Einfluss der Trägheit nicht
für einen
Zeitpunkt kompensiert werden, für
den der Einfluss tatsächlich
kompensiert werden sollte. Somit geht das Lenken schwer.
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Folglich
ist eine zugehörige
elektrische Lenkhilfevorrichtung vorgeschlagen worden, die vorgesehen
ist, um den Einfluss der Trägheit
entsprechend einer Winkelbeschleunigung der Trägheit entsprechend einer Winkelbeschleunigung
eines Lenkrades, der der Summe einer Veränderungsbeschleunigung des
Lenkdrehmomentes und einer Drehwinkelbeschleunigung eines Motors
entspricht, an Stelle einer Winkelbeschleunigung des Motors, siehe
das Japanische Patent Nr. 2,694,213, zu kompensieren.
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Jedoch
ist die zugehörige
Vorrichtung auf Problemen gestoßen,
dass, wenn eine Lenkrichtung bei hoher Geschwindigkeit umgekehrt
wird, die zugehörige
Vorrichtung den Einfluss der Trägheit
zu dem Zeitpunkt, bei dem die Vorrichtungen deren Einfluss kompensieren
sollte, nicht genau kompensieren kann und dass ein Steuergefühl verschlechtert
wird.
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Demzufolge
ist ein Ziel der Erfindung eine elektrische Lenkhilfevorrichtung
zu schaffen, die in der Lage ist, die vorerwähnten Probleme zu lösen.
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Um
das zuvor genannte Ziel zu erreichen, ist entsprechend der Erfindung
eine elektrische Lenkhilfevorrichtung vorgesehen, die aufweist einen
Motor für
das Erzeugen einer Lenkunterstützungskraft,
eine Einrichtung für
das Erhalten des Lenkdrehmomentes, einer Einrichtung für das Erhalten
einer Drehwinkelgeschwindigkeit des Motors, eine Einrichtung für das Erhalten
eines Steuerwinkels entsprechend eines Wertes, der einer Summe eines
Wertes entspricht, der erhalten wird durch Multiplizieren einer Veränderungsbeschleunigung
des Lenkdrehmomentes durch eine Verstärkung und eine Winkelbeschleunigung
des Motors entsprechend des erhaltenen Lenkdrehmomentes der erhaltenen
Drehwinkelgeschwindigkeit des Motors, eine Einrichtung für das Regeln
der Verstärkung,
eine Einrichtung für
das Speichern der Beziehung zwischen einem Motorausgangsleistungs-Korrekturwert,
der vorbereitend in solch einer Weise bestimmt wird, um den Einfluss
der Trägheit
auf die Lenkung zu kompensieren, und dem Entsprechungswert für die Lenkwinkelbeschleunigung,
und eine Einrichtung für
das Steuern des Motors in solch einer Weise, um die Lenkunterstützungskraft
entsprechend des Motorausgangsleistungs-Korrekturwertes, erhalten
entsprechend des erhaltenen Entsprechungswertes für die Lenkwinkelbeschleunigung
und der gespeicherten Beziehung zu kompensieren.
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Entsprechend
der Erfindung wird der Einfluss der Trägheit des Lenkunterstützungskraft-erzeugenden
Motors entsprechend eines Entsprechungswertes für die Lenkwinkelbeschleunigung kompensiert,
der einer Summe eines Wertes entspricht, erhalten durch Multiplizieren
einer Veränderungsbeschleunigung
des Lenkdrehmomentes um eine Verstärkung und einer Drehwinkelbeschleunigung
des Motors. Die Verstärkung
kann eingestellt werden. Somit kann das Verhältnis der Veränderungsbeschleunigung
des Motors erhöht
werden. Demzufolge kann in dem Fall, das der Lenkwinkel bei hoher
Geschwindigkeit umgekehrt wird, der Motorausgangsleistungs-Korrekturwert,
der dem Entsprechungswert für
die Lenkwinkelbeschleunigung entspricht, erhöht werden. Folglich kann der
Einfluss der Trägheit
des Lenkunterstützungskraft-unterstützenden
Motors zum genauen Zeitpunkt kompensiert werden.
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Vorzugsweise
wird eine Rate der Erhöhung in
der Größe des Motorausgangsleistungs-Korrekturwertes
in einem Bereich, in dem die Größe des Entsprechungswertes für die Lenkwinkelbeschleunigung groß ist, festgelegt,
um größer als
eine Rate der Erhöhung
in der Größe des Motorausgangsleistungs-Korrekturwertes
in einem Bereich zu sein, in dem die Größe des Entsprechungswertes
für die Lenkwinkelbeschleunigung
klein ist. Demzufolge wird in dem Fall, dass die Größe des Entsprechungswertes
für die
Lenkwinkelbeschleunigung klein ist, und bei dem es keine Notwendigkeit
gibt, den Einfluss zu kompensieren, der Motorausgangsleistungs-Korrekturwert
daran gehindert, übermäßig groß zu werden.
Demzufolge wird in dem Fall, dass die Größe des Entsprechungswertes
für die
Lenkwinkelbeschleunigung groß ist,
und dass es eine hohe Notwendigkeit für das Kompensieren des Einflusses gibt,
der Motorausgangsleistungs-Korrekturwert daran gehindert, unzureichend
zu werden. Eine richtige Trägheitskompensation
wird erreicht.
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Das
Ziel wird auch durch ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen
Lenkhilfevorrichtung nach Anspruch 3 erreicht.
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1 ist
ein beispielhaftes Diagramm, das die Konfiguration einer elektrischen
Lenkhilfevorrichtung darstellt, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist;
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2 ist
ein Steuerblockdiagramm, das einen Motor darstellt, der verwendet
wird, um eine Lenkunterstützungskraft
in der elektrischen Lenkhilfevorrichtung zu erzeugen, die ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist;
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3 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Lenkdrehmoment, der
Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Unterstützungsstromwert der elektrischen
Lenkhilfevorrichtung darstellt, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist; und
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4 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Entsprechungswert für die Lenkwinkelbeschleunigung
und dem Kompensationsstromwert jedes Ausführungsbeispieles der Erfindung
und deren Modifikationen darstellt.
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In
den Zeichnungen bezieht sich die Bezugszahl 1 auf eine
elektrische Lenkhilfevorrichtung; 2 auf ein Lenkrad; 3 auf
ein Fahrzeugrad; 10 auf einen Motor; 20 auf eine
Steuereinheit; 20d auf einen Verstärkungsregler, 22 auf
einen Drehmomentsensor; 25 auf einen Zwischen-Anschluss-Spannungssensor;
und 26 auf einen Motorstromsensor.
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Eine
elektrische Lenkhilfevorrichtung, die in der 1 gezeigt
ist, hat eine Vorrichtung für
das Übertragen
einer Drehung eines Lenkrades (oder ein Betätigungsteil) 2, das
durch das Lenken der Fahrzeugräder 3 so
veranlasst wird, dass sich ein Lenkwinkel verändert. In diesem Ausführungsbeispiel
wird eine Drehung des Lenkrades 2 auf ein Ritzel 5 durch die
Lenkwelle 4 übertragen,
so dass sich eine Zahnstange 6, die mit dem Ritzel 5 im
Kämmeingriff
ist, bewegt. Die Bewegung der Zahnstange 6 wird auf die Fahr zeugräder 3 durch
eine Spurstange 7 und einen Gelenkarm 8 übertragen.
Somit wird der Lenkwinkel verändert.
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Die
Vorrichtung 1 ist mit einem Motor 10 für das Erzeugen
einer Lenkunterstützungskraft
versehen, die auf einem Weg zum Übertragen
einer Drehung des Lenkrades 2 auf die Fahrzeugräder 3 wirkt. In
diesem Ausführungsbeispiel
wird eine Drehung des Motors 10 auf eine Steuerwelle 4 durch
ein Übersetzungsgetriebe
ins Langsame übertragen.
Somit wird dort daran eine Lenkunterstützungskraft gegeben.
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Der
Motor 10 ist durch einen Antriebsschaltkreis 21 mit
einer Steuereinheit 20, gebildet durch einen Rechner, verbunden.
Ein Drehmomentsensor 22 für das Erfassen des Lenkdrehmomentes
T, übertragen
durch die Lenkwille 4, einen Lenkwinkelsensor 23 für das Erfassen
eines Lenkwinkels 8h, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 24 für das Erfassen
einer Fahrzeuggeschwindigkeit V, einen Zwischen-Anschluss-Spannungssensors 25 für das Erfassen
einer Spannung, entwickelt zwischen den Anschlüssen des Motors 10,
und einen Motorstromsensor 26 für das Erfassen eines Motorstromes
sind mit der Steuereinheit 20 verbunden. Die Steuereinheit 20 erhält eine
Drehwinkelgeschwindigkeit ω des
Motors 10 als eine Drehgeschwindigkeit des Motors 10 von der
Zwischen-Anschluss-Spannung und dem Motorstrom, die jeweils durch
die Sensoren 25 und 26 erfasst werden, und von
dem Widerstand und der Zähler-elektromotorischen
Kraftkonstante des Motors 10, die darin gespeichert sind,
durch das Verwenden eines bekannten Betriebsausdruckes.
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Die
Steuereinheit 20 steuert den Motor 10, so dass
sich eine Lenkunterstützungskraft
entsprechend der Betriebsbedingungen ändert, und das der Einfluss
der Trägheit
eines Bewegungsteiles eines Lenksystems, das den Motor 10 enthält, auf
das Lenksystem kompensiert werden kann.
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2 ist
ein Steuerblockdiagramm, das einen Steuerbetrieb des Motors 10 durch
die Steuereinheit 20 darstellt. Ein Unterstützungsstromwert
Ia wird entsprechend des Lenkdrehmomentes T und der Fahrzeuggeschwindigkeit
V erhalten, die in einem Unterstützungsstrom-Berechnungsabschnitt 20a als
die Betriebsbedingungen erhalten werden. Die Beziehung dazwischen,
in der sich die Größe des Unterstützungsstromes
Ia mit der Erhöhung
durch das Lenkdrehmoment T erhöht
und mit der Verminderung in der Fahrzeuggeschwindigkeit V vermindert,
wie z. B. in der 3 dargestellt, wird vorbereitend
festgestellt und in der Steuereinheit 20 gespeichert. Der
Unterstützungsstromwert
Ia wird aus der gespeicherten Beziehung, dem gespeicherten Lenkdrehmoment
T und der erhaltenen Fahrzeuggeschwindigkeit V erhalten.
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Eine
Lenkdrehmoment-Veränderungsrate dT/dt,
die ein Differentialwert des erhaltenen Lenkdrehmomentes T wird
bei einem Differenziereinrichtung 20b erhalten. Ein Wert
(1/K) – (dT/dt),
der durch Multiplizieren der Lenkdrehmoment-Veränderungsrate dT/dt mit einer
Konstante 1/K erhalten werden soll, wird bei einem Multiplikator 20c erhalten.
In diesem Ausführungsbeispiel
wird ein Drehmoment, um durch die Lenkwelle 4 übertragen
zu werden, als das Lenkdrehmoment T erfasst. Somit entspricht die Konstante
K der Torsionssteifigkeit der Lenkwelle 4 eines Drehmomenterfassungsabschnittes.
In einem Fall, in dem der Drehmomenterfassungsabschnitt durch zwei
Teile, die durch eine Drehstabfeder verbunden sind, gebildet wird,
entspricht die Konstante K der Torsionssteifigkeit der Drehstabfeder.
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Ein
Wert (Kg/K)·(dT/dt),
der durch Multiplizieren des Wertes (1/K)·(dT/dt) mit einer Veränderung Kg,
die durch den Veränderungsregler 20d eingestellt
wird, erhalten werden soll, wird bei einem Multiplikator 20e erhalten.
Der Veränderungsregler 20d ist mit
der Steuereinheit 20 verbunden und ist in der Lage, die
Veränderung
Kg durch das Bedienen durch den Bediener einzustellen.
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Eine
Ritzel-Winkelgeschwindigkeit (ω/N), wird
durch Multiplizieren der erhaltenen Deehwinkelgeschwindigkeit ω des Motors 10 mit
einer Konstante (1/N) erhalten. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Ausgangsleistung
des Motors 10 durch die Übersetzungsgetriebevorrichtung 11 ins
Langsame auf die Lenkwelle 4 übertragen. Demzufolge ist die Konstante
N ein Reduktionsverhältnis
der Übersetzungsgetriebevorrichtung 11 ins
Langsame.
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Ein
Entsprechungswert für
die Lenkwinkelgeschwindigkeit u, der eine Summe des Wertes (kg/K)·(dT/dt)
und der Ritzel-Winkelgeschwindigkeit (ω/N) ist, wird an einem Addierer 20g erhalten.
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Ein
Entsprechungswert du/dt für
die Lenkwinkelbeschleunigung, der ein Differentialwert des Entsprechungswertes
für die
Lenkwinkelgeschwindigkeit u ist, wird bei einer Differenziereinrichtung 20h erhalten.
Weil du/dt = (Kg/K)·d2T/dt2 + dω/dt·(1/N)
ist, wird der Wert du/dt entsprechend des Lenkdrehmomentes T und
der Drehwinkelgeschwindigkeit des Motors 10 als der Entsprechungswert
für die
Lenkwinkelgeschwindigkeit erhalten, der einer Summe eines Wertes
entspricht, die erhalten wird durch Multiplizieren der Veränderungsbeschleunigung
des Lenkdrehmomentes T mit der Veränderung Kg und der Deehwinkelgeschwindigkeit
des Motors 10. Der Veränderungsregler 20d ist
als eine Vorrichtung zum Regeln der Veränderung kg vorgesehen.
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Die
Steuereinheit 20 speichert die Beziehung zwischen einem
Motorausgangsleistungs-Korrekturwert, der vorbereitend in solch
einer Weise festgestellt wird, um den Einfluss der Trägheit auf
das Lenken und auf den Entsprechungswert für die Lenkwinkelgeschwindigkeit
du/dt zu kompensieren. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Motorausgangsleistungs-Korrekturwert
ein Kompensationsstromwert Ic. Die Beziehung da zwischen wird so
festgelegt, dass ein Steuergefühl,
um sich nicht unter dem Einfluss der Trägheit zu verschlechtern, wenn
sich die Lenkgeschwindigkeit verändert,
gehindert werden kann. Die Beziehung entsprechend zu der sich, als
die Größe des Entsprechungswertes
du/dt für
die Lenkwinkelbeschleunigung erhöht,
die die Größe des Kompensationsstromwertes
Ic linear erhöht,
wie durch die durchgehenden Linien in z. B. 4 gezeigt,
wird vorbereitend bestimmt und in der Steuereinheit 20 gespeichert.
Diese Beziehung wird darin in der Form von z. B. einer Tafel zum
Aufsuchen oder eines Betriebsausdrucks gespeichert. Der Kompensationsstromwert
Ic wird bei einem Berechnungsabschnitt 20i entsprechend
der gespeicherten Beziehung und des erhaltenen Entsprechungswertes
du/dt für
die Lenkwinkelbeschleunigung erhalten.
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Ein
Ziel-Antriebsstrom I* des Motors 10, der eine Summe des
erhaltenen Unterstützungsstromwertes
Ia und des Kompensationsstromwertes Ic ist, wird bei einem Addierer 20j erhalten.
Die Steuereinheit 20 führt
die Rückkopplungssteuervorgänge an dem
Motor 10 durch einen Antriebsschaltkreis Ic aus, so dass
der Motorstrom I dem Ziel-Antriebsstrom entspricht. Demzufolge wird
der Motor 10 derart gesteuert, dass die Lenkunterstützungskraft
entsprechend des Kompensationsstromwertes Ic korrigiert wird.
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Entsprechend
des vorerwähnten
Ausführungsbeispieles
wird der Einfluss der Trägheit
des lenkunterstützenden-Krafterzeugenden-Motors 10 nach
dem Wert du/dt entsprechend einer Summe der Drehwinkelbeschleunigung
des Motors 10 und des Wertes, der durch Multiplizieren
der Veränderungsbeschleunigung
des Lenkdrehmomentes T mit der Veränderung Kg erhalten wird, kompensiert.
Die Veränderung
Kg kann durch den Veränderungsregler 20d eingestellt
werden. Somit kann das Verhältnis der
Veränderungsbeschleunigung
des Lenkdrehmomentes T zu der Drehwinkelbeschleunigung des Motors 10 von
der Summe erhöht
werden. Demzufolge kann in einem Fall, in dem die Lenkrichtung bei
einer hohen Geschwindigkeit umgekehrt wird, die Lenkwinkelbeschleunigung
du/dt erhöht
werden und der Einfluss der Trägheit
bei einem genauen Zeitpunkt kompensiert werden.
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In
dem vorerwähnten
Ausführungsbeispiel erhöht sich
die Größe des Kompensationsstromwertes
Ic mit der Erhöhung
in der Größe des Wertes du/dt
entsprechend der Lenkwinkelbeschleunigung linear, wie durch eine
durchgehende Linie in der 4 angezeigt
ist. An Stelle dessen kann als eine alternative Modifikation, wie
durch eine Doppelstrichlinie in der 4 gezeigt,
die Rate der Erhöhung
in der Größe des Kompensationsstromwertes
Ic in einem Bereich, in dem der Wert du/dt entsprechend der Lenkwinkelbeschleunigung
groß ist,
festgelegt werden, um größer als
der Kompensationsstromwert Ic in einem Bereich zu sein, in dem die
Größe des Wertes
du/dt entsprechend der Lenkwinkelbeschleunigung klein ist. Somit
wird in dem Bereich, in dem die Größe des Wertes du/dt entsprechend
der Lenkwinkeibeschleunigung klein ist, die Größe des Kompensationsstromwertes
Ic so festgelegt, um kleiner als der des Kompensationsstromwertes
Ic in dem Fall des vorerwähnten
Ausführungsbeispieles
zu sein. Umgekehrt wird in dem Bereich, in dem die Größe des Wertes
du/dt entsprechend der Lenkwinkelbeschleunigung groß ist, die
Größe des Kompensationsstromwertes
Ic so festgelegt, um größer als
die des Kompensationsstromwertes Ic in dem Fall des vorerwähnten Ausführungsbeispiel
zu sein. Ein Bereich der Größe des Wertes
du/dt entsprechend der Lenkwinkelbeschleunigung von 0 auf a, der
in dieser Figur gezeigt wird, ist eine Totzone, in der die Größe des Kompensationsstromwertes
Ic festgelegt ist, um 0 zu sein. Demzufolge kann in dem Fall, dass
die Größe des Wertes
du/dt entsprechend der Lenkwinkelbeschleunigung klein ist, und dass
die Notwendigkeit für
das Kompensieren für
die Trägheit
gering ist, der Kompensationsstromwert gehindert werden, um nicht übermäßig hoch
zu werden. Demzufolge kann in dem Fall, in dem die Größe des Entsprechungswertes
du/dt für
die Lenkwinkelbeschleunigung groß ist, und dass die Notwendigkeit
für das
Kompensieren der Trägheit
hoch ist, der Kompensationsstromwert gehindert werden, um nicht
unzureichend zu werden. Die richtige Kompensation für die Trägheit kann
vorgenommen werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf das vorerwähnte Ausführungsbeispiel und auf die
Modifikation begrenzt. Z. B. kann die Drehwinkelgeschwindigkeit des
Motors 10 unter Verwendung eines Decoders direkt erfasst
werden. Alternativ kann die Drehwinkelgeschwindigkeit des Motors
jeweils als eine Anzahl von Umdrehungen pro Zeiteinheit und eine
Veränderung
in der Anzahl von Umdrehungen pro Zeit an Stelle der Winkelgeschwindigkeit
und einer Winkelbeschleunigung erhalten werden. Die Vorrichtung
für das Übertragen
einer Drehung des Lenkrades auf die Fahrzeugräder in solch einer Weise, um
den Lenkwinkel zu verändern,
ist nicht auf die des Ausführungsbeispieles
begrenzt. Diese Vorrichtung kann vorgesehen werden, um eine Drehung
des Lenkrades auf die Fahrzeugräder
durch die Lenkwelle und eine Verbindungsvorrichtung zu übertragen.
Die Vorrichtung für
das Übertragen
einer Ausgangsleistung des Lenkunterstützenden-Krafterzeugenden-Motors auf
ein Lenksystem ist nicht auf das des Ausführungsbeispieles begrenzt.
Eine andere Vorrichtung kann verwendet werden, so lange diese Vorrichtung darauf
eine Lenkunterstützungskraft
geben kann. Z. B. kann darauf eine Lenkunterstützungskraft durch Antreiben
einer Kugelumlaufmutter, die auf einer Kugelumlaufspindel verschraubt
wird, die mit einer Zahnstange einstückig ist, unter Verwendung
der Ausgangsleistung des Motors aufgebracht werden. Obwohl der Wert
(1/K)·(dT/dt)
mit der Veränderung Kg
in dem vorerwähnten
Ausführungsbeispiel
multipliziert wird, kann die Lenkdrehmoment-Veränderungsrate dT/dt mit der
Veränderung
Kg multipliziert werden, so lange wie der Entsprechungswert für die Lenkwinkelbeschleunigung
einer Summe eines Wertes entspricht, der durch Multiplizieren einer
Veränderungsbeschleunigung
einer Lenkdrehmoment-Veränderungsbeschleunigung
mit der Veränderung
und einer Drehwinkelbeschleunigung des Motors erhalten wird.
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Eine
elektrische Lenkhüfevorrichtung
entsprechend der Erfindung kann den Einfluss der Trägheit des
Motors, der für
das Erzeugen einer Lenkunterstützungskraft
verwendet wird, beim Steuern zu einem genauen Zeitpunkt kompensieren
und auch das Lenkgefühl
hindern, um nicht verschlechtert zu werden.