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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Servolenkvorrichtung
zum Ausüben einer
Lenk-Hilfskraft auf den Lenkmechanismus eines Fahrzeugs durch einen
Elektromotor. Des Weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung
auf ein Regelverfahren, das zum Regeln der Servolenkvorrichtung
eingesetzt wird.
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In
einer verwandten Technik wird die Servolenkvorrichtung zum Ausüben der
Lenk-Hilfskraft
auf den Lenkmechanismus so verwendet, daß der Elektromotor gemäß dem Lenkdrehmoment
angesteuert wird, das der Fahrer auf die Bedienungseinrichtung (oder
das Lenkrad) ausübt.
Diese elektrische Servolenkvorrichtung ist mit einem Drehmomentsensor zum
Erfassen des Lenkdrehmoments ausgestattet, das auf die Betätigungseinrichtung,
oder die Lenk-Betätigungseinrichtung
ausgeübt
werden soll, um ein Drehmoment-Erfassungssignal auszugeben, das
das Lenkdrehmoment angibt, so daß der Sollwert eines dem Elektromotor
zuzuführenden
elektrischen Stroms auf der Basis des Drehmoment-Erfassungssignals,
das von dem Drehmomentsensor kommt, eingestellt wird. Ferner wird
ein Befehlwert generiert, der der Steuereinrichtung des Elektromotors
zugeführt
werden soll, durch einen Proportional-Integrationsregler auf der
Basis einer Abweichung zwischen dem Sollwert und einem tatsächlich durch
den Elektromotor fließenden
Strom. Die Ansteuereinrichtung des Elektromotors beinhaltet: einen
PWM-Signalerzeugungs-Schaltkreis
zum Erzeugen eines Pulsweitenmodulationssignals (oder PWM-Signals),
bei einer relativen Einschaltdauer gemäß diesem Befehlwert; und einen
Motoransteuerungs-Schaltkreis, der aus Leistungstransistoren aufgebaut
ist, zum EIN-/AUS-Schalten
gemäß der relativen
Einschaltdauer des PWM-Signals. Die Steuereinrichtung führt dem
Elektromotor eine Spannung gemäß der Einschaltdauer
zu, d.h. eine Spannung gemäß dem Befehlwert.
Der dem Elektromotor durch diese Spannungszufuhr zuzuführende Strom
wird von einem Stromerfassungs-Schaltkreis erfaßt, so daß der Unterschied zwischen
dem vorgenannten Sollwert und dem erfaßten Wert als Abweichung zum
Erzeugen des vorgenannten Befehlwerts verwendet wird. So erfolgt
die Regelung in der elektrischen Servolenkvorrichtung auf eine Weise,
daß der
Strom mit dem Sollwert, der auf der Basis des Lenkdrehmoments eingestellt
wird, das von dem Drehmoment-Erfassungssignal
des Drehmomentsensors angezeigt wird, durch den Elektromotor fließen kann.
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Die
Werte der Proportional-Verstärkung
und der Integrations-Verstärkung
(im Folgenden „PI-Gain" genannt) des Proportional-Integrationsreglers
sollen höher
sein um die Zuständigkeit
für das gesamte
System zu verbessern. Wenn der Wert des PI-Gain übermäßig hoch ist, ist das System
jedoch für
Instabilitäten
im Bereich der natürlichen
Oszillationsfrequenz des mechanischen Strangs verantwortlich, d.h.
im Bereich von 10 bis 25 Hz. In der verwandten Technik wird daher
ein Phasenkompensator zum Stabilisieren des Systems bereitgestellt,
jedoch nicht durch übermäßig hohes
Einstellen des PI-Gain-Werts,
sondern durch Verzicht auf die Zuständigkeit des gesamten Systems
und zum Verbessern der Phaseneigenschaften in einem praktischen Frequenzband.
Insbesondere wird das Drehmoment-Erfassungssignal des Drehmomentsensors
an einen Phasenkompensator ausgegeben, so daß seine Phase dadurch von dem
Phasenkompensator erhöht
wird, um die Zuständigkeit
des gesamten Systems in dem praktischen Frequenzband zu verbessern.
Ein neuer Tiefpassfilter wird dem Frequenzband hinzugefügt, in dem
die Gain-Eigenschaften gemäß diesem
Aufbau verbessert werden.
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Wie
oben beschrieben, wird der Zielwert des dem Elektromotor zuzuführenden
Stroms gemäß dem Lenkdrehmoment
bestimmt, das von dem Phasenkompensator kompensiert wird. Genauer
gesagt wird ein Trägheits-Kompensations-Stromwert
zum Unterdrücken
der Einflüsse
des Trägheitsmoments des
Elektromotors, ein Dämpfungs-Regelstromwert zum
Verbessern der Konvergenz des Lenkrads, ein Umkehr-Regelstromwert
zum Verbessern der Funktionsfähigkeit
zum Zeitpunkt des Umkehrens bzw. Zurückdrehens des Lenkrades, usw.
zu dem Stromwert, der gemäß dem durch
den Phasenkompensator kompensierten Lenkdrehmoment bestimmt wird,
addiert, um dadurch den Sollwert des dem Elektromotor zuzuführenden
Stroms zu bestimmen. Allgemein wird der Trägheits-Kompensations-Stromwert gemäß dem Differenzwert
des Lenkdrehmoments bestimmt. Ein solcher Aufbau ist beispielsweise
in JP-A-2002-249063 offengelegt.
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In
der bisher beschriebenen elektrischen Servolenkvorrichtung wird
der Trägheits-Kompensations-Stromwert
jedoch auf der Basis des Differenzwerts des Lenkdrehmoments bestimmt,
so wie dieser durch den Phasenkompensator kompensiert wird, so daß er nicht
immer identisch mit dem Ergebnis der Bestimmung des tatsächlichen
Lenkdrehmoments ist, Deshalb kann es vorkommen, daß das erwartete Regelergebnis
nicht erzielt werden kann. Ein ähnliches
Problem entsteht auch in dem Fall, wenn die verschiedenen Kompensations-Regelungen,
wie die oben genannte Dämpfungsregelung
oder die verschiedenen Auswertungen auf der Basis des von dem Phasenkompensator
kompensierten Lenkdrehmoments erfolgen.
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Des
Weiteren wird in der oben genannten elektrischen Servolenkvorrichtung
der Sollwert des dem Elektromotor zuzuführenden Stroms häufig auf der
Basis einer vorbereiteten Hilfstabelle (d.h. Hilfskennfeld) bestimmt.
Diese Hilfstabelle enthält
jedoch eine Totzone und charakteristische Schaltpunkte bzw. Unterbrechungspunkte.
In den benachbarten Regelbereichen können deshalb ggf. die erwarteten Eigenschaften
auslegungsbedingt nicht erzielt werden. Wenn diese Hilfstabelle
verändert
wird, ist es ferner erforderlich, die Parameter des Phasenkompensators
gemäß der veränderten
Hilfstabelle neu anzuordnen.
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US-B1-6407524
zeigt die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Im
Hinblick auf die oben genannten Probleme der verwandten Technik
hat die Erfindung zum Ziel, eine elektrische Servolenkvorrichtung
bereitzustellen, die bei der Verwendung eines Phasenkompensators
die erwartete Regelung und die erwarteten Regeleigenschaften (auslegungsbedingt)
erzielen kann. Eine elektrische Servolenkvorrichtung nach der Erfindung
ist in Anspruch 1 definiert.
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Die
Einrichtung zum Kompensieren der Phasen befindet sich auf einer
nachgeschalteten Stufe der Einrichtung zum Einstellen des Grund-Hilfsstroms.
Deshalb haben die Totzone und die charakteristischen Schaltpunkte
bzw. Unterbrechungspunkte der Grund-Hilfsstrom-Einstelleinrichtung (oder
der in der Einstelleinrichtung enthaltenen Hilfstabelle) keinen
Einfluss auf die Anordnung zum Einstellen der Parameter der Phasen-Kompensationseinrichtung. Ebenso
hat die Veränderung
der Hilfstabelle keinen Einfluß auf
die Anordnung zum Einstellen der Parameter der Phasen-Kompensationseinrichtung.
Deshalb ist es möglich,
eine elektrischen Servolenkvorrichtung bereitzustellen, die bei
der Verwendung des Phasenkompensators die erwartete Regelung und die
erwarteten Regeleigenschaften (auslegungsbedingt) erzielen kann.
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Das
Lenkdrehmoment des Drehmomentsensors wird nicht durch die Phasen-Kompensationseinrichtung
zugeführt,
sondern direkt zu der Grund-Hilfsstrom-Einstelleinrichtung und der Kompensationseinrichtung.
Deshalb ist es möglich,
die erwarteten Regelergebnisse (auslegungsbedingt) zu erzielen.
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Die
Trägheits-Kompensationseinrichtung stellt
den Trägheits-Kompensations-Stromwert
auf der Basis des Differenzwerts des Lenkdrehmoments ein, so wie
dieser von dem Drehmomentsensor zugeführt wird, und zwar nicht durch
die Phasen- Kompensationseinrichtung,
sondern direkt. Deshalb ist es möglich,
die erwarteten Regelergebnisse (auslegungsbedingt) zu erzielen.
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Des
Weiteren hat die vorliegende Erfindung zum Ziel, ein Regelverfahren
zum Regeln einer Servolenkvorrichtung bereitzustellen, um bei der
Verwendung eines Phasenkompensators die erwartete Regelung und die
erwarteten Regeleigenschaften (auslegungsbedingt) zu erzielen. Ein
Regelverfahren zum Regeln einer Servolenkvorrichtung nach der Erfindung
ist in Anspruch 2 definiert.
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1 ist
eine schematische Darstellung und zeigt den Aufbau einer elektrischen
Servolenkvorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung, zusammen
mit einem damit verbundenen Fahrzeugaufbau;
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2 ist
ein Blockschaltbild und zeigt einen funktionalen Aufbau eines ECU
oder einer Regeleinrichtung in der elektrischen Servolenkvorrichtung nach
der Ausführungsform;
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3 ist
ein Blockschaltbild und zeigt einen Aufbau einer Sollstrom-Einstelleinheit
in der Ausführungsform;
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4 ist
ein Diagramm und zeigt ein Beispiel einer Hilfstabelle zum Vorspeichern
in einer Grund-Hilfsstrom-Einstelleinrichtung der Ausführungsform;
und
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5 ist
ein Blockschaltbild und zeigt einen Aufbau einer Sollstrom-Einstelleinheit,
die eine Phasenkompensationseinheit in einer Abwandlung der Ausführungsform
einschließt.
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In
den Zeichnungen verweist ein Bezugszeichen 2 auf einen
Lenkrad-Einschlagwinkel-Sensor; 3 auf
einen Drehmomentsensor; 4 auf einen Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor; 5 auf
eine elektronische Regeleinheit (ECU = electronic control unit); 6 auf
einen MOTOR; 10 auf einen Mikrocomputer (Motor-Regeleinheit); 12 auf
eine Sollstrom-Einstelleinheit
(Sollwert-Einstelleinheit); 14 auf eine Subtrahiereinheit; 16 auf
eine Regelungs-Funktionseinheit (FB control operation unit); 18 auf
eine PWM-Signalerzeugungseinheit; 19 auf
eine Stromerfassungseinrichtung; 20 auf einen Motoransteuerungs-Schaltkreis; 121 auf
eine Kompensationseinheit; 122 auf einen Grund-Hilfsstrom-Einstelleinheit; 123, 223 auf eine
Phasenkompensationseinheit; 124, 125, 1214 auf
eine Addiereinheit; 1211a, 1211b auf einen Differenzierer; 1212 auf
eine Trägheits-Kompensations-Einheit;
und 1213 auf eine Dämpfer-Regeleinheit.
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In
den Zeichnungen verweist ein Bezugszeichen „It" auf einen Strom-Sollwert; „It'" auf einen addierten Stromwert; „Is" auf einen erfaßten Stromwert; „Ia" auf einen Grund-Hilfsstromwert; „Ii" auf einen Trägheits-Kompensations-Stromwert; „Id" auf einen Dämpfungs-Regelstromwert;
Ic" auf einen Kompensations-Stromwert; „V" auf eine Fahrzeuggeschwindigkeit; „T" auf ein Lenkdrehmoment; „θ" auf einen Lenkrad-Einschlagwinkel;
und „ω" auf eine Lenkrad-Einschlagwinkel-Geschwindigkeit.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung wird mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine schematische Darstellung und zeigt den Aufbau einer elektrischen
Servolenkvorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung, zusammen
mit einem damit verbundenen Fahrzeugaufbau. Diese elektrische Servolenkvorrichtung
verfügt über: eine
Lenkspindel 102, die an einem Ende an einer Bedienungseinrichtung
(oder ein Lenkrad) 100 befestigt ist, die (bzw. das) als
Betätigungseinrichtung
für die
Lenkung wirkt; einen Zahnstangenmechanismus 104, der mit
dem anderen Ende der Lenkspindel 102 verbunden ist; einen
Lenkrad-Einschlagwinkel-Sensor 2 zum Erfassen eines Lenkrad-Einschlagwinkels
oder eines Drehwinkels der Bedienungseinrichtung 100; einen
Drehmomentsensor 3 zum Erfassen eines auf die Lenkspindel 102 durch
die Betätigung
der Bedienungseinrichtung 100 auszuübenden Lenkdrehmoments; einen
Fahrzeug-Geschwindigkeitssensor 4,
der mit der elektrischen Servolenkvorrichtung verbunden ist zum
Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit; einen Elektromotor 6 zum
Erzeugen einer Lenk-Hilfskraft um die Belastung für den Fahrer
bei der Funktionsbetätigung
(oder dem Lenkvorgang) zu verringern; ein Untersetzungsgetriebe 7 zum Übertragen
der durch den Motor 6 erzeugten Lenk-Hilfskraft auf die
Lenkspindel 102; und eine elektronische Regeleinheit (ECU) 5 zum
Regeln der Ansteuerung des Motors 6 auf der Basis von Sensorsignalen
von dem Lenkrad-Einschlagwinkel-Sensor 2, dem Drehmomentsensor 3 und
dem Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor 4, durch Empfangen
der Zuführung
von einer Spannungsquelle aus einer im Fahrzeug verbundenen Batterie 8 über einen
Zündschalter 9.
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Hier
in der Lenkspindel 102 ist ein Torsionsstab zwischen einem
Abschnitt auf der Seite der Bedienungseinrichtung 100 und
einem Abschnitt, auf den das Lenk-Hilfsdrehmoment durch das Untersetzungsgetriebe 7 ausgeübt wird,
eingefügt.
Der Drehmomentsensor 3 erfaßt das Lenkdrehmoment durch Erfassen
der Torsion des Torsionsstabs. Ein erfaßter Wert T des so erfaßten Lenkdrehmoments
wird als Lenkdrehmoment-Erfassungssignal von dem Drehmomentsensor 3 ausgegeben
und in das ECU 5 eingegeben. Des Weiteren gibt der Einschlagwinkel-Sensor 2 ein
Signal aus, das einen erfaßten
Wert θ des
Einschlagwinkels des Drehwinkels der Bedienungseinrichtung 100 als
Einschlagwinkel anzeigt. Ferner gibt der Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor 4 ein
Signal aus, das einen erfaßten
Wert V, oder die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, als Fahrzeuggeschwindigkeits-Signal
anzeigt. Das Einschlagwinkel-Signal und das Fahrzeuggeschwindigkeits-Signal werden ebenso
in das ECU 5 eingegeben.
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Wenn
der Fahrer die Bedienungseinrichtung 100 des Fahrzeugs,
die mit der elektrischen Servolenkvorrichtung verbunden ist, betätigt, wird
das Lenkdrehmoment gemäß der Betätigung von
dem Drehmomentsensor 3 erfaßt, so daß der Motor 6 von dem
ECU 5 auf der Basis des erfaßten Werts T des Lenkdrehmoments
und dem von dem Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor 4 erfaßten Wert
V der Fahrzeuggeschwindigkeit angesteuert wird. Dies hat zum Ergebnis,
daß der
Motor 6 die Lenk-Hilfskraft erzeugt, und diese Lenk-Hilfskraft
wird durch das Untersetzungsgetriebe 7 auf die Lenkspindel 102 ausgeübt, so daß die Belastung
für den
Fahrer durch den Lenkvorgang verringert wird. Insbesondere wird
die Summe des durch den Lenkvorgang ausgeübten Lenkdrehmoments und des
vom Motor 6 erzeugten Drehmoments der Lenkhilfskraft als
Ausgabe-Drehmoment
auf den Zahnstangenmechanismus 104 durch die Lenkspindel 102 ausgeübt. Wenn
die Ritzelwelle entsprechend gedreht wird, wird diese Drehung durch
den Zahnstangenmechanismus 104 in die hin- und hergehende
Bewegung der Zahnstange umgesetzt. Die Zahnstange ist an ihren beiden
Enden über
Lenkgestänge 106 verbunden,
die jeweils aus einer Spurstange und einem Spurstangenhebel mit
Rädern 108 zusammengesetzt
sind, so daß die Räder 108 gemäß den hin-
und hergehenden Bewegungen der Zahnstange gelenkt werden.
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2 ist
ein Blockschaltbild und zeigt einen funktionalen Aufbau der ECU 5 oder
der Regeleinrichtung in der bisher beschriebenen elektrischen Servolenkvorrichtung.
Diese ECU 5 schließt
folgende Bauelemente ein: einen Mikrocomputer 10 für eine Funktion
als Motor-Regeleinheit; eine PWM-Signal-Erzeugungs-Schaltkreis 18 zum
Erzeugen eines Pulsweitenmodulations-Signals (d.h. ein PWM-Signal)
bei einer relativen Einschaltdauer gemäß einem Befehlwert D, der von
dem Mikrocomputer 10 ausgegeben wird; einen Motoransteuerungs-Schaltkreis 20 zum
Anlegen einer Spannung an den Motor 6 gemäß der relativen
Einschaltdauer des PWM-Signals; und eine elektrische Stromerfassungs-Einrichtung 19 zum
Erfassen des in dem Motor 6 fließenden Stroms.
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Der
Mikrocomputer 10 führt
ein vorgegebenes Programm aus, das in seinem innenliegenden Speicher
gespeichert ist, so daß er
als Motor-Regeleinheit funktioniert. Diese Motor-Regeleinheit ist
aus einer Sollstrom-Einstelleinheit 12, einer Subtrahiereinheit 14 und
einer Regelungs-Funktionseinheit 16. In dieser Motor-Regeleinheit
bestimmt die Sollstrom-Einstelleinheit 12 den Sollwert
eines dem Motor 6 zuzuführenden
Stroms auf der Basis des erfaßten
Werts θ des
Lenkrad-Einschlagwinkel, der von dem Einschlagwinkel-Sensor 2 ausgegeben
wird (im Folgenden lediglich Einschlagwinke θ" genannt), des erfaßten Werts T des Lenkdrehmoments,
der von dem Drehmomentsensor 3 ausgegeben wird (im Folgenden
lediglich „Drehmoment
T" genannt) und
des erfaßten
Werts V, der von dem Fahrzeug-Geschwindigkeitssensor 4 ausgegeben
wird (im Folgenden lediglich „Fahrzeuggeschwindigkeit
V" genannt). Der detaillierte
Aufbau und die Wirkungsweise der Sollstrom-Einstelleinheit 12 werden
nachfolgend beschrieben. Die Subtrahiereinheit 14 berechnet
die Abweichung (It–Is)
zwischen einem Strom-Sollwert It, der von der Sollstrom-Einstelleinheit 12 ausgegeben wird,
und einem erfaßten
Wert Is des Motorstroms, der von der Strom-Erfassungseinrichtung 19 ausgegeben
wird. Durch einen Vorgang der Proportional-Integrationsregelung
basierend auf der Abweichung (It–Is) erzeugt die Regelungs-Funktionseinheit 16 den
oben genannten Befehlwert D, der dem PWM-Signal-Erzeugungs-Schaltkreis 18 zum
Regeln zuzuführen
ist.
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Der
PWM-Signal-Erzeugungs-Schaltkreis 18 erzeugt ein Pulssignal
zur relativen Einschaltdauer gemäß diesem
Befehlwert D, das heißt:
das PWM-Signal weist eine variierenden Pulsweite gemäß dem Befehlwert
D auf. Der Motoransteuerungs-Schaltkreis 20 dient typischerweise
als Beispiel für
eine Brückenschaltung
mit vier leistungsstarken Feldeffekt-Transistoren, die zwischen
der Stromzuführung der
Batterie 8 und den Erdleiter geschaltet sind. Diese Brückenschaltung
führt dem
Motor 6 eine Spannung gemäß der Pulsweite (oder der relativen
Einschaltdauer) des PWM-Signals zu. Der Motor 6 erzeugt
ein Drehmoment mit einer Größe und Richtung gemäß dem durch
die Spannungsversorgung zugeführten
Strom. So ist eine Regeleinrichtung zum Regeln des Motors 6 aus
der Subtrahiereinheit 14 zum Empfangen des Strom-Sollwerts
It, der Regelungs-Funktionseinheit 16,
dem PWM-Signal-Erzeugungs-Schaltkreis 18, dem Motoransteuerungs-Schaftkreis 20 und
der Strom-Erfassungseinrichtung 19 zum Ausgeben des erfaßten Werts
Is des Motorstroms an die Subtrahiereinheit 14 aufgebaut.
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3 ist
ein Blockschaltbild und zeigt einen Aufbau der Sollstrom-Einstelleinheit 12 in
der oben genannten Ausführungsform.
Diese Sollstrom-Einstelleinheit 12 beinhaltet: eine Kompensationseinheit 121 zum
Ausgeben eines Kompensations-Stromwerts Ic, der für verschiedene
Kompensationen berechnet wird; eine Grund-Hilfsstrom-Einstelleinheit 122 zum
Ausgeben eines Grund-Hilfsstromwerts Ia als Basis zum Bestimmen
des oben genannten Strom-Sollwerts It durch Empfangen des Lenkdrehmoments
T; eine Addiereinheit 124 zum Ausgeben eines addierten
Stromwerts It, der durch Addieren des Kompensations-Stromwerts Ic
und des Grund-Hilfsstromwerts Ia erzielt wird; und eine Phasenkompensationseinheit 123 zum
Ausgeben des Soll-Stromwerts It durch Empfangen des addierten Stromwerts It,
um eine vorgegebene Phasenkompensation durchzuführen. Des Weiteren beinhaltet
die Kompensationseinheit 121: einen Differenzierer 1211a zum Ausgeben
eines Differenzwerts dT/dt des Lenkdrehmoments T durch Empfangen
des Lenkdrehmoments T; eine Trägheits-Kompensations-Einheit 1212 zum
Ausgeben eines Trägheits-Kompensations-Stromwerts
Ii, um die Einflüsse
des Trägheitsmoments
des Motors 6 durch Empfangen des Differenzwerts dT/dt zu
unterdrücken;
einen Differenzierer 1212b zum Ausgeben einer Einschlagwinkel-Geschwindigkeit ω oder eines
Differenzwerts des Einschlagwinkels θ durch Empfangen des Einschlagwinkels θ, eine Dämpfer-Regeleinheit 1213 zum
Ausgeben eines Dämpfungs-Regel-Stromwerts
Id zum Verbessern der Konvergenz des Lenkrads 100 durch Empfangen
der Einschlagwinkel-Geschwindigkeit ω; und eine
Addiereinheit 1214 zum Ausgeben des oben genannten Kompensations-Stromwerts
Ic durch Addieren des Trägheits-Kompensations-Stromwerts
Ii und des Dämpfungs-Regel-Stromwerts
Id. Die Wirkungsweise der bisher beschriebenen Komponenten wird
im Folgenden im Detail beschrieben.
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Die
Grund-Hilfsstrom-Einstelleinheit 122 berechnet den Grund-Hilfsstromwert
Ia auf der Basis des Lenkdrehmoments T und der Fahrzeuggeschwindigkeit
V. Insbesondere ist in der Grund-Hilfsstrom-Einstelleinheit 122 eine
Tabelle vorgespeichert („Hilfstabelle" genannt), die solch
eine Relation zwischen dem Grund-Hilfsstromwert Ia und dem Lenkdrehmoment
T durch Verwenden der Fahrzeuggeschwindigkeit V als Parameter anzeigt,
wobei letzterer als eine Basis zum Erzeugen einer angemessenen Lenk-Hilfskraft
dient. Mit Verweis auf diese Hilfstabelle stellt die Grund-Hilfsstrom-Einstelleinheit 122 den
Grund-Hilfsstromwert Ia ein. 4 ist ein
Diagramm, das ein Beispiel der Hilfstabelle zeigt. Wie in 4 gezeigt,
ist die Hilfstabelle so eingestellt, daß der Grund-Hilfsstromwert Ia zum Phasenverzögerungsparameter
(English: „the
lager for) für
die niedrigere Fahrzeuggeschwindigkeit V und das höhere Lenkdrehmoment
T wird. Bei dieser Einstellung wird die Lenkhilfskraft für den ungeschickteren
Fahrer umso mehr ver stärkt,
so daß der
Lenkvorgang erleichtert wird. Falls des Weiteren das Lenkdrehmoment
T innerhalb eines vorgegebenen Bereichs nahe 0 ist, hat die Hilfstabelle
eine Totzone, in der der Grund-Hilfsstromwert Ia gleich 0 ist. Falls
das Lenkdrehmoment T einen absoluten Wert aufweist, der eine vorgegebene
Größe für eine niedrige
Fahrzeuggeschwindigkeit V übersteigt,
hat die Hilfstabelle charakteristische Schaltpunkte bzw. Unterbrechungspunkte,
an denen der Grund-Hilfsstromwert Ia konstant wird.
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Die
Trägheits-Kompensations-Einheit 1212 berechnet
den Trägheits-Kompensations-Stromwert Ii auf
der Basis des Differenzwerts (dT/dt) des Lenkdrehmoments T, der
von dem Differenzierer 1211a ausgegeben wird. Insbesondere
ist in der Trägheits-Kompensations-Einheit 1212 entweder
eine Tabelle vorgespeichert, die eine Relation zwischen dem Trägheits-Kompensations-Stromwert
Ii für
die angemessene Trägheitskompensation
und dem Differenzwert (dT/dt) des Lenkdrehmoments T anzeigt, oder einen
vorgegebenen Gain Kj zum Berechnen des Trägheits-Kompensations-Stromwerts
Ii. Die Trägheits-Kompensations-Einheit 1212 stellt
den Trägheits-Kompensations-Stromwert Ii auf
der Basis dieser Tabelle oder des Gains Kj ein. Andererseits gibt die
Dämpfer-Regeleinheit 1213 den
Dämpfungs-Regelstromwert
Id auf der Basis der Einschlagwinkel-Geschwindigkeit ω aus, die
von dem Differenzierer 1211b ausgegeben wird. Ebenso wie
in der Trägheits-Kompensations-Einheit 1212 ist
in der Dämpfer-Regeleinheit 1213 entweder
eine Tabelle vorgespeichert, die die Relation zwischen dem Dämpfungs-Regelstromwert
Id für
eine angemessene Dämpferregelung
und der Einschlagwinkel-Geschwindigkeit ω oder einem vorgegebenen Gain
Kc zum Berechnen des Dämpfungs-Regelstromwerts
Id anzeigt. Die Dämpfer-Regeleinheit 1213 stellt
den Dämpfungs-Regelstromwert
Id auf der Basis dieser Tabelle oder des Gains Kc ein. Hier können diese
Tabellen die oben genannten Relationen wie die weiter oben genannten
Hilfstabellen anzeigen, indem sie die Fahrzeuggeschwindigkeit V
als Parameter verwenden.
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Die
Phasenkompensationseinheit 123 führt die Phasenkompensation
für den
addierten Stromwert It' durch,
der durch Addieren des Grund-Hilfsstromwerts Ia und des Kompensations-Stromwerts
Ic durch die Addiereinheit 124 erzielt wird, um dabei den
Sollstromwert It auszugeben. Um die Verzögerung in den Übertragungseigenschaften
des Regelstrangs zu kompensieren und dabei den Regelstrang zu stabilisieren,
führt die
Phasenkompensationseinheit 123 die Phasenkompensation durch,
indem sie den oben genannten addierten Stromwert It' und den phasenkompensierten
Sollstromwert It durch einen Phasenbeschleunigungs-/-verzögerungsfilter
mit einem vorgegebenen Parameter führt.
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Eine Übertragungsfunktion
G(s) der Phasenkompensationseinheit 123 wird mit der folgenden Formel
(1) ausgedrückt,
wenn eine Variable auf der Basis der Laplace-Transformation und gemäß einem Differenzial-Operator
mit s bezeichnet ist, wenn ein Dämpfungsfaktor
nach dem Kompensieren mit ζ1, wenn ein Dämpfungsfaktor des kompensierten Strangs
mit ζ2, wenn die natürliche Winkelfrequenz nach
dem Kompensieren mit ω1,und wenn die natürliche Winkelfrequenz des kompensierten
Strangs mit ω2 bezeichnet ist, dann gilt: G(s)=(s2 +
2ζ2ω2s + ω2 2)/(s2 +
2ζ1ω1s + ω1 2) (1).
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Denn ω1 = ω2 = ωn, des Weiteren wird die Formel (1) durch
die folgende Formel (2) ausgedrückt: G(s)=(s2 +
2ζ2ωns + ωn 2)/(s2 +
2ζ1ωns + ωn 2) (2).
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Hier
hat, falls die oben genannten Dämpfungsfaktoren ζ1 und ζ2 individuell
größer sind
als 0 aber kleiner als 1, die Formel (1) oder (2) einen Pol und
einen Nullpunkt in dem Bildbereich. Bei der Verwendung eines Resonanzpunkts
oder eines Antiresonanzpunkts, der zu diesem Zeitpunkt in den Frequenzeigenschaften
erscheint, kann deshalb ein Aufbau zum Einstellen der individuellen
Parameter der Phasenkompensationseinheit 123 erstellt werden.
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Nach
der bisher beschriebenen Ausführungsform
ist die Phasenkompensationseinheit 123 auf einer nachgeschalteten
Stufe der Grund-Hilfsstrom-Einstelleinheit 122 eingerichtet.
Deshalb haben die Totzone und die charakteristischen Unterbrechungspunkte,
die in der Grund-Hilfsstrom-Einstelleinheit 122 enthalten
sind, keinen Einfluß auf
die Anordnung zum Einstellen der Parameter der Phasenkompensationseinheit 123.
Ebenso hat die Änderung in
der Hilfstabelle keinen Einfluß auf
die Anordnung zum Einstellen der Parameter der Phasenkompensationseinheit 123.
Daher ist eine elektrische Servolenkvorrichtung bereitzustellen,
bei der die erwarteten oder (ausgelegten) Regelergebnisse und Regeleigenschaften
bei der Verwendung des Phasenkompensators erzielt werden können.
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Nach
der oben genannten Ausführungsform kann
ferner das Lenkdrehmoment T des Drehmomentsensors 3 nicht
durch die Phasenkompensationseinheit durch die Grund-Hilfsstrom-Einstelleinheit 122 und
zur Kompensationseinheit 121 geführt werden. Des halb kann das
erwartete Regelergebnis an der Grund-Hilfsstrom-Einstelleinheit 122 und
der Kompensationseinheit 121 (insbesondere der Trägheits-Kompensations-Einheit 1212)
erzielt werden.
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In
der bisher beschriebenen Ausführungsform
erfolgt die Phasenkompensation für
den addierten Stromwert It' durch
die Phasenkompensationseinheit 123, so daß der Sollstromwert
It ausgegeben wird. Der Aufbau kann jedoch so abgewandelt werden,
daß der
zusätzlich
zu dem addierten Stromwert It' zu
addierende Phasenkompensations-Stromwert durch
die Phasenkompensationseinheit ausgegeben wird.
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5 ist
ein Blockschaltbild und zeigt einen Aufbau der Sollstrom-Einstelleinheit 12,
die eine Phasenkompensationseinheit zum Ausgeben des oben genannten
Phasenkompensations-Stromwerts in der Abwandlung der Ausführungsform
einschließt. Wie
in 5 gezeigt, gibt eine Phasenkompensationseinheit 223 einen
Phasenkompensations-Stromwert
Ip durch Durchführen
der Phasenkompensation für
den addierten Stromwert It' aus,
und die Addiereinheit 125 gibt den Sollstromwert It durch
zusätzliches
Addieren des Phasenkompensations-Stromwerts Ip zu dem addierten
Stromwert It' aus.
Die Übertragungsfunktion
G(s) dieser Phasenkompensationseinheit 223 ist mit der
folgenden Formel (3) für ω1 = ω2 = ωn, ausgedrückt: G(s) =2(2ζ2 + ζ1)ωns/(s2 + 2ζ1ωns + ωn 2) (3).
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Hier
hat, falls die oben genannten Dämpfungsfaktoren ζ1 und ζ2 individuell
größer sind
als 0 aber kleiner als 1, die oben genannte Formel (3) einen Pol
und einen Nullpunkt in dem Bildbereich. Bei der Verwendung eines
Resonanzpunkts oder eines Antiresonanzpunkts, der zu diesem Zeitpunkt
in den Frequenzeigenschaften erscheint, kann deshalb eine Anordnung
zum Einstellen der individuellen Parameter der Phasenkompensationseinheit 223 erstellt werden.
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In
der oben genannten Ausführungsform
gibt der Differenzierer 1211a den Differenzwert (dT/dt) des
Lenkdrehmoments T an die Trägheits-Kompensations-Einheit 1212.
Der Differenzierer 1211a kann jedoch die Lenkrad-Einschlagwinkel-Geschwindigkeit ω von dem
Differenzierer 1211b empfangen und die Einschlagwinkel-Beschleunigung
oder den Differenzwert der Einschlagwinkel-Geschwindigkeit an die
Trägheits-Kompensations-Einheit 1212 geben,
so daß die
Trägheits-Kompensations-Einheit 1212 den Trägheits-Kompensations-Wert
It auf der Basis dieser Einschlagwinkel-Beschleunigung ausgeben kann.
Des Weiteren kann der Einschlagwinkel-Sensor 2 durch einen
Einschlagwinkel-Geschwindigkeits-Sensor
zum Erfassen der Einschlagwinkel-Geschwindigkeit ω des Lenkrads
ersetzt werden, und der Differenzierer 1211b kann weggelassen
werden, so daß die
Einschlagwinkel-Geschwindigkeit ω des Einschlagwinkel-Geschwindigkeits-Sensors in die Dämpfer-Regeleinheit 1213 eingegeben
werden kann.
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In
der oben genannten Ausführungsform schließt die Kompensationseinheit 121 die
Trägheits-Kompensations-Einheit 1212 und
die Dämpfer-Regeleinheit 1213 ein.
Zusätzlich
zu diesen Komponenten kann die Kompensationseinheit 121 verschiedene
Regeleinheiten zum Durchführen
der auf die mechanischen Elemente des Fahrzeugs bezogenen Kompensationen
einschließen,
wie die elektrische Servolenkvorrichtung und die bekannten auf die elektrischen
Elemente bezogenen Kompensationen (z.B. die dynamischen Kompensationen),
wie eine Umkehr-Regeleinheit zum Durchführen des Umkehr-Regelns, um die Bedienbarkeit
während
des Zurückdrehens
des Lenkrads zu verbessern. Des Weiteren ist es ausreichend, daß die Kompensationseinheit 121 mindestens
eine dieser Regeleinheiten für
die Kompensationen einschließt.
Um entweder die Einflüsse
der Totzone und der charakteristischen Unterbrechungspunkte der
in der Grund-Hilfsstrom-Einstelleinheit 122 enthaltenen
Hilfstabelle zu vermeiden, oder die Einflüsse der Veränderung in der Hilfstabelle,
ist es des Weiteren ausreichend, daß die Phasenkompensationseinheit 123 auf
einer nachgeschalteten Stufe der Grund-Hilfsstrom-Einstelleinheit 122 eingerichtet
ist. Deshalb können
die Kompensationseinheit 121 (und die Addiereinheit 124)
weggelassen werden.
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In
der bisher beschriebenen Ausführungsform
führt der
Mikrocomputer 10 das vorgegebene Programm aus, um dabei
die verschiedenen Komponenten in der Sollstrom-Einstelleinheit 12 mit Hilfe von
Software zu realisieren. Diese Komponenten können jedoch teilweise oder
ganz mit Hilfe von Hardware durch einen dafür reservierten Schaltkreis oder
etwas Ähnliches
realisiert werden. Des Weiteren ist in der Ausführungsform der Motor 6 ein
allgemeiner Gleichstrom-Bürstenmotor.
Der Elektromotor oder die Ansteuereinrichtung der Erfindung sollte
jedoch nicht auf den oben erwähnten
Motor beschränkt sein,
sondern kann beispielsweise auch ein bürstenloser Motor sein.