DE69619333T2

DE69619333T2 - Lenkwinkel-Korrektursystem in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE69619333T2
Application number: DE69619333T
Authority: DE
Inventors: Kenshirou Hashimoto; Shinnosuke Ishida; Masao Nishikawa
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1995-11-02
Filing date: 1996-11-04
Publication date: 2002-07-25
Anticipated expiration: 2016-11-05
Also published as: EP0771714A2; EP0771714B1; US6053270A; EP0771714A3; DE69619333D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenkwinkelkorrektursystem in einem Fahrzeug.
Es wurden bislang verschiedene Konzepte vorgeschlagen, um den vom Fahrer eines Fahrzeugs erzeugten Lenkwinkel entsprechend einer Fahrsituation zu korrigieren, um einen Ist-Lenkwinkel vorzusehen. Beispielsweise wurde in der USP Nr. 3,871,468 ein Konzept vorgeschlagen, um den vom Fahrzeugfahrer erzeugten Lenkwinkel entsprechend einer Gierrate (einer Winkelgeschwindigkeit um eine durch den Schwerpunkt eines Fahrzeugs verlaufende vertikale Linie) zu korrigieren, um einen Ist-Lenkwinkel vorzusehen. In der USP Nr. 4,310,063 ist auch ein Konzept vorgeschlagen worden, um die Proportion eines Ist-Lenkwinkels zu einem Eingabelenkwinkel entsprechend einer Fahrzeuggeschwindigkeit zu korrigieren. Diese Konzepte unterscheiden sich von einem automatisch betriebenen Fahrzeug darin, dass grundliegend der Fahrer das Fahrzeug fährt.
In den letzten Jahren beschleunigte der phantastische Fortschritt in der Computertechnologie die Entwicklung der Technik in Bezug auf das mentale Kapazitätsniveau zur Verwendung verschiedener Sensoren, um im voraus eine Situation vor dem Fahrzeug zu erfassen und die Ausgaben von den Sensoren zu verwenden. Beispielsweise könnte die relative Positionsbeziehung des betreffenden Fahrzeugs relativ zu einer Fahrbahn vor dem betreffenden Fahrzeug und der Krümmungsgrad der Fahrbahn beispielsweise aus einer Bildanalyse eines Bilds von einer CCD-Kamera erkannt werden. Radartechnik ist in der Lage, das Vorhandensein eines Hindernisses vor dem betreffenden Fahrzeug zu erfassen, einen Abstand von dem betreffenden Fahrzeug zu dem Hindernis schnell zu berechnen und die Möglichkeit einer Kollision abzuleiten, um einen Fahrer vor der Kollision mittels eines Alarms zu warnen oder eine automatische Bremsung vorzusehen oder einen Ausweichvorgang vorzunehmen.
Ein "automatisch betriebenes Fahrzeug", das durch Verwendung einer Ausgabe von diesem Typ von "vorausschauendem Sensor" automatisch gelenkt wird, hat immer noch Raum für Verbesserungen in Kosten und Zuverlässigkeit, ist jedoch als Basistechnologie fertiggestellt worden. Dieses Konzept unterscheidet sich von den obigen Konzepten darin, dass der Fahrer grundlegend nicht eine Person ist, die das Fahrzeug fährt. Der vorliegende Anmelder hat in der USP Nr. 5,350,912 auch zuvor eine Technik in Bezug auf ein solches Konzept vorgeschlagen.
Bevor die Technologie des automatisch betriebenen Fahrzeugs verbessert und verbreitet wird, wird angenommen, dass ein Mensch-Maschine- Kooperationssystem realisiert wird, das Ausgaben von den vorausschauenden Sensoren bis zum Maximum nutzt, wobei ein Mensch die Fahrführung übernimmt. Unter dem Kooperationssystem genehmigt der Mensch den Betrieb eines Computers nach eigenem Wunsch, während er eine Steuerausgabe von dem Computer auf der Basis der Sensorinformation erhält, und wenn ein Gegensatz zwischen dem Betrieb des Computers und dem Wunsch des Menschen vorliegt, kann der Mensch sofort in die Gegenläufigkeit eingreifen, um eine Fahrt nach seinem eigenen Wunsch zu realisieren. Die Technologie, die auf der Basis dieses Konzepttyps bereits in praktische Verwendung genommen ist, umfasst eine automatische Fahrtregelung als Steuerungstechnik, die auf die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs beschränkt ist, wobei aber in Bezug auf die Steuerung ·der Querbewegung des Fahrzeugs noch keine Technik in praktische Verwendung genommen worden ist.
Das Merkmal der Technik, die den vorausschauenden Sensor verwendet, ist, dass eine Situation, die von jetzt an auftreten wird, vorhergesagt wird, und auf der Basis des Ergebnisses der Vorhersage eine Korrekturbewegung nach Wunsch ausgeführt wird. In diesem Fall ist im Vergleich zu einer Rückkopplungstechnik, die ein bereits entstandenes Phänomen erfasst, um die Korrekturbewegung durchzuführen, die Phase schnell und ist eine glatte Fahrt wahrscheinlich.
In der USP Nr. 5,350,912 ist auch eine Technik beschrieben, in der ein Lenkwinkel in ein Lenksystem auf der Basis von Information von der CCD- Kamera eingegeben wird, um zu bewirken, dass das Fahrzeug entlang einer Fahrbahn fährt. In diesem Patent ist in einer Ausführungsdarstellung ein Lenkabschnitt gezeigt, jedoch ist nicht beschrieben, dass der Lenkabschnitt irgendwie an der Fahrzeugkarosserie befestigt ist. Wenn das Fahrzeug ein gewöhnliches automatisch betriebenes Fahrzeug ist, wird als ein Verfahren angenommen, dass der Lenkabschnitt befestigt ist und das Lenksystem direkt angetrieben ist. In einem System, in dem der Lenkabschnitt an der Fahrzeugkarosserie in der obigen Weise befestigt ist, ist es selbstverständlich, dass eine Reaktionskraft während der Lenkung des Lenkabschnitts von der Fahrzeugkarosserie aufgenommen wird.
Es wird angenommen, dass natürlich ein Lenkrad zum Lenken von einem Menschen angebracht ist, obwohl es in der bekannten Technik nicht klar gezeigt ist (USP Nr. 5,350,912). In diesem Fall wird während des automatischen Betriebs durch das System das Lenkrad jederzeit im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn in Antwort auf eine Steuerausgabe bewegt, und wenn der Fahrer seine Absicht ausdrücken möchte, kann eine Lenkunterbrechung erreicht werden, indem er das Lenkrad direkt dreht.
Wenn die Lenkunterbrechung durchgeführt wird, wirkt das System zu Beginn gegen die Absicht des Fahrers, und daher ist es nicht zu leugnen, dass die Lenkkraft stark ist. Wenn der Fahrer die Unterbrechung ausübt, werden eine Trägheitskraft eines Antriebsmotors und eine innere Reibkraft eines Untersetzers, der zum Erhöhen der Motorleistung angeordnet ist, zu Widerständen. Die einfachste Technik zum Mindern dieser Widerstände ist es, eine spezielle Kupplung vorzusehen, um den Antriebsmotor von dem System zu trennen, indem der Eingriff des Menschen durch irgendeinen Sensor erfasst wird. Jedoch sind, in Bezug auf den Sensor zum Erfassen des Eingriffs des Menschen und zum Trennen der Kupplung technisch noch kein kleiner und billiger Sensor und noch keine kleine und billige Kupplung entwickelt worden.
Wenn ein Lenkmechanismus das Lenksystem direkt antreibt, werden das Drehmoment und die Drehgeschwindigkeit, die durch den Lenkmechanismus erzeugt werden, notwendigerweise erhöht, um zu verhindern, dass das Fahrzeug von der Fahrbahn abkommt. Demzufolge ist der Antriebsmotor groß, wobei es aber bei einer gewöhnlichen Konstruktion eines Lenksystems in vielen Fällen sehr schwierig sein kann, einen Platz zum Anordnen einer solchen großen Vorrichtung bereitzustellen. Wenn hierin eine Technik vorgeschlagen werden kann, in der nur wenig Energie zur Korrektur des Lenkwinkels erforderlich ist, ist es möglich, leicht ein Lenkwinkelkorrektursystem vorzusehen, ohne in der Auslegung des existierenden Lenksystems eine große Änderung vorzunehmen.
Demzufolge ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zumindest in ihren bevorzugten Formen, ein Lenkwinkelkorrektursystem in einem Fahrzeug vorzusehen, das ein halbautomatisches Lenkkonzept aufweist und eine derartige Mensch-Maschine-Schnittstelle enthält, dass ein Fahrer normalerweise ein Kooperationsbeziehung zu dem System behält, und, wenn immer sich die Absicht eines Fahrers und die Bestimmung durch das System voneinander unterscheiden, der Fahrer das Fahrzeug fahren kann, d.h. um ein einfaches System vorzusehen, in dem ein automatisches Lenken und ein manuelles Lenken in Einklang gebracht werden können.
Die DE-A-43 32 836 offenbart ein Lenkwinkelkorrektursystem in einem Fahrzeug, umfassend: ein erstes Erfassungsmittel zum Erfassen eines Fahrbahnzustands einer vor dem Fahrzeug liegenden Straße, auf der das Fahrzeug fährt; ein zweites Erfassungsmittel zum Erfassen einer Beziehung einer gegenwärtigen Position des betreffenden Fahrzeugs zu der Straßenfahrbahn des betreffenden Fahrzeugs; ein Lenkbetragberechnungsmittel zum Berechnen eines Lenkbetrags, der zum Einhalten einer gewünschten Beziehung der Position des betreffenden Fahrzeugs zu der vor dem betreffenden Fahrzeug liegenden Straßenfahrbahn erforderlich ist, aus Ausgaben des ersten und des zweiten Erfassungsmittels; ein Lenkbetragerfassungsmittel zum Erfassen eines gegenwärtigen Lenkbetrags; und ein Antriebsmittel zum Antrieb einer Lenkvorrichtung derart, dass die Differenz zwischen einem in dem Lenkbetragberechnungsmittel berechneten Lenkbetrag und einem von dem Lenkbetragerfassungsmittel erfassten Lenkbetrag abnimmt.
Die vorliegende Erfindung ist über die DE-A-43 32 836 dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel zwischen einem Griffabschnitt eines Lenkrads und der Lenkvorrichtung angebracht ist.
Mit einer solchen Anordnung kann der Fahrer das Lenkrad betätigen, um in die Lenkung einzugreifen, wenn immer sich die Absicht des Fahrers und die Bestimmung durch das System voneinander unterscheiden. Der Fahrer kann unmittelbar jederzeit in die Lenkung eingreifen, während die Kooperationsbeziehung zu dem System normal erhalten bleibt. Somit hat das Lenkwinkelkorrektursystem ein halbautomatisches Lenkkonzept.
Es ist auch Aufgabe der vorliegenden Formen der vorliegenden Erfindung, ein Lenkwinkelkorrektursystem in einem Fahrzeug vorzusehen, in dem die für die automatische Fahrt erforderliche Energie im Vergleich zu bekannten System geringer ist und ferner die Mensch-Maschine-Kooperation weiter verbessert werden kann, indem die allgemeine Bedienung des Fahrers unterstützt wird.
Auch kann ein Antriebsmittel zwischen einer Fahrzeugkarosserie und einer Lenkvorrichtung angeordnet sein, und es kann ein Relativwinkeländerungsmittel vorgesehen sein, das in der Lage ist, den Relativwinkel des Griffabschnitts eines Lenkrads relativ zu der Lenkvorrichtung zu ändern.
Mit einer solchen Anordnung kann der Großteil der zur Korrektur des Lenkwinkels erforderlichen Energie von dem zwischen der Fahrzeugkarosserie und der Lenkvorrichtung angebrachten Antriebsmittel aufgenommen werden, um die Energie zu senken, die von dem in einem Lenksystem angebrachten Relativwinkeländerungsmittel aufgebracht wird, um den Lenkwinkel zu korrigieren. Somit ist es nicht erforderlich, in der Auslegung des existierenden Lenksystems eine große Änderung vorzunehmen. Ferner kann, wenn das System eine sehr kleine Korrektur durchführt, die allgemeine Betätigung des Fahrers unterstützt werden, indem die Richtung des Korrekturbetriebs an die Richtung der allgemeinen Betätigung des Fahrers angepasst wird, um hierdurch die Mensch-Maschine-Kooperation weiter zu verbessern.
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen verständlicher, die nur als Beispiel angegeben sind.
Fig. 1 ist eine Draufsicht, die die Gesamtanordnung eines Lenksystems darstellt, das ein Lenkwinkelkorrektursystem nach einer ersten Ausführung der Erfindung enthält;
Fig. 2 ist eine Vorderansicht eines Lenkrads, wobei ein Abschnitt davon weggelassen ist;
Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang Linie 3-3 in Fig. 2;
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtanordnung des Lenkwinkelkorrektursystems darstellt;
Fig. 5A und 5B zeigen ein Flussdiagramm, das ein Prozessdiagramm für eine Lenkwinkelkorrektursteuerung darstellt;
Fig. 6 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Prozesses im Flussdiagramm in Fig. 5;
Fig. 7 ist eine Vorderansicht eines Lenkrads, das ein Lenkwinkelkorrektursystem nach einer zweiten Ausführung der Erfindung enthält;
Fig. 8 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 8-8 in Fig. 7;
Fig. 9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 9-9 in Fig. 8;
Fig. 10 ist eine Explosionsperspektivansicht eines Verbindungsabschnitts zwischen einem Codierer und einer Säule;
Fig. 11 ist eine teilweise weggeschnittene Draufsicht, die die Gesamtanordnung eines Lenksystems darstellt, das ein Lenkwinkelkorrektursystem nach einer dritten Ausführung der Erfindung enthält;
Fig. 12 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie 12-12 in Fig. 11;
Fig. 13 ist eine Draufsicht, die die Gesamtanordnung eines Lenksystems darstellt, das ein Lenkwinkelkorrektursystem nach einer vierten Ausführung der Erfindung enthält;
Fig. 14 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtanordnung des Lenkwinkelkorrektursystems der vierten Ausführung darstellt;
Fig. 15A und 15B zeigen ein Flussdiagramm, das ein Prozessdiagramm für eine Lenkwinkelkorrektursteuerung der vierten Ausführung darstellt;
Fig. 16 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Prozesses im Flussdiagramm in den Fig. 15A und 15B;
Fig. 17A und 17B zeigen ein Flussdiagramm, das ein Prozessdiagramm für eine Lenkwinkelkorrektursteuerung nach einer fünften Ausführung der Erfindung darstellt;
Fig. 18 ist eine vereinfachte Vorderansicht eines Lenkrads, das ein Lenkwinkelkorrektursystem nach einer sechsten Ausführung der Erfindung enthält; und
Fig. 19 ist eine vereinfachte Vorderansicht eines Lenkrads, das ein Lenkwinkelkorrektursystem nach einer siebten Ausführung der vorliegenden Erfindung enthält.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand bevorzugter Ausführungen in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 bis 6 zeigen eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung. Zuerst wird in Bezug auf Fig. 1 eine Drehbewegung einer Säule 6, die in Antwort auf die Betätigung eines Lenkrads 5 gedreht wird, von einer Lenkvorrichtung 8 in eine Schwenkbewegung eines Vorderrads 7 umgewandelt, das ein zu lenkendes Rad ist. Die Lenkvorrichtung 8 ist als Zahnstangen- und Ritzelbauart aufgebaut, durch ein Ritzel 9, das am Vorderende der Säule 6 vorgesehen ist, und eine Zahnstange 10, die mit dem Ritzel 9 kämmt. Die Zahnstange 10 ist an ihren entgegengesetzten Enden durch Spurstangen 11 mit den linken und rechten Vorderrädern 7 verbunden. Somit kann die Zahnstange 10 in Bezug auf Fig. 1 durch Drehung des Ritzels 9 vertikal angetrieben werden, und die Vorderräder können um ihre Schwenkachsen in Antwort auf die Betätigung der Zahnstange 10 verschwenkt werden, um hierdurch eine gewünschte Lenkung vorzusehen.
In Bezug auf die Fig. 2 und 3 ist ein Lenkmechanismus 30, als Antriebsmittel zum Antrieb der Lenkvorrichtung 8 in einem Lenkrad 5 aufgenommen, das einen ringartigen Griffabschnitt 5a aufweist. Der Lenkmechanismus 30&sub1; besitzt einen Servomotor 31 und einen Schneckengetriebeuntersetzer 66 zum Erhöhen des Ausgangsdrehmoments von dem Servomotor 31. Wenn der Servomotor 31 erregt und betrieben wird, wird eine Relativbewegung zwischen dem Lenkrad 5 und der Säule 6 erzeugt, sodass die Säule 6 relativ zum Lenkrad 5 in Abhängigkeit von der Richtung und der Höhe dieser Relativbewegung im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn angetrieben wird.
Andererseits hat der Untersetzer 66 die Eigenschaft, dass er selbst sperrt, wenn der Fahrer durch Körperkraft vom Lenkrad 5 die Säule 6 antreiben will. Der Lenkmechanismus 30&sub1;, der diesen irreversiblen Übertragungsmechanismus enthält, stellt sicher, dass auch dann, wenn eine Abnormalität, wie etwa eine Unterbrechung, in einem elektrischen System entstehen sollte, es einem Fahrer möglich ist, das Fahrzeug durch Betätigung des Lenkrads 5 zu lenken. Zusätzlich, auch wenn eine automatische Antriebsvorrichtung die Steuerung unterbricht, wie nachfolgend beschrieben, kann eine automatische Lenkung automatisch zu einer manuellen Lenkung umgeschaltet werden, und es kann ein natürlicheres Gefühl während der Umschaltzeit sichergestellt werden.
Die Charakteristik des Untersetzers 66 stellt sicher, dass dann, wenn ein nachfolgend beschriebener Schalter ausgeschaltet wird, um die Lenkwinkelkorrektursteuerung zu stoppen, wenn der Fahrer nur nach seinem Wunsch fahren möchte, das Lenkrad 5 und die Säule 6 starr miteinander verbunden sind. Hierbei ist es möglich, das Fahrzeug mit einem ähnlichen Lenkgefühl zu lenken wie dem, das in dem herkömmlichen Fahrzeug ohne Lenkwinkelkorrekturvorrichtung erzeugt wird.
An einer Ausgangswelle des Untersetzers 66 ist eine Antriebsscheibe 69 angebracht, und ein Gummizahnriemen 67 ist um eine mit der Säule 6 mechanisch gekoppelte Folgerscheibe 68 und die Antriebsscheibe 69 herumgelegt, sodass eine Ausgabe von dem Untersetzer 66 auf die Säule 6 übertragen wird. Wenn in dieser Anordnung der Fahrer das Lenkrad 5 betätigt, wird die Bewegung des Lenkrads 5 direkt auf die Säule 6 übertragen, und daher kann der Servomotor 31 des Lenkmechanismus 30, mit einem Betrag arbeiten, der einer Differenz zwischen einem Soll-Lenkwinkel und einem in das Lenkrad 5 eingegebenen Winkel entspricht. Dieser Vorteil wird im Detail nachfolgend beschrieben.
An dem Servomotor 31 ist ein Codierer 51 montiert, um die Richtung und den Betrag des Betriebs des Servomotors 31 zu erfassen. Um zu überwachen, ob ein Soll-Lenkwinkel erhalten worden ist, wird ein Drehversatzbetrag, der von dem Zwischenabschnitt der Säule 6 durch ein Riemenübertragungsmittel 53 übertragen wird, von einem Codierer 52 erfasst, wie in Fig. 1 gezeigt.
Um ferner ein auf das Lenkrad 5 ausgeübtes Lenkdrehmoment zu erfassen, ist ein Drehmomentsensor 70 koaxial mit der Säule 6 angeordnet und mit dem Lenkrad 5 mechanisch gekoppelt, wie in Fig. 3 gezeigt. Der Servomotor 31 ist an einer Basisplatte 71 fest angebracht, und der Drehmomentsensor 70 ist gemäß Fig. 3 an seinem rechten Ende mit der Basisplatte 71 durch eine Mehrzahl von Bolzen gekoppelt. Im Ergebnis ist der Servomotor 31 an dem Lenkrad 5 fixiert.
Die Folgerscheibe 68 ist an einem Säulenrohr 6a durch eine geeignete Technik, wie etwa einen Keil, fixiert. Das Säulenrohr 6a ist an der Säule 6 durch eine spezielle Mutter 72 durch eine Kupplung, wie etwa eine Verzahnung, koaxial und fest fixiert. Auf diese Weise ist der den Servomotor 31 enthaltende Lenkmechanismus 30~ an dem Lenkrad 5 fixiert und an der Fahrzeugkarosserie nicht fixiert.
Um den relativen Drehbewegungsbetrag zwischen dem Säulenrohr 6a und somit der Säule 6 und dem Lenkrad 5 nicht zu beschränken, ist eine Zunge 73, die sich von der Seite des Lenkrad 5 nach vorne erstreckt, in einen Schlitz 74 eingesetzt, der in dem Säulenrohr 6a vorgesehen ist. Das Lenkrad 5 und das Säulenrohr 6a sind relativ zueinander in einem Bereich drehbar, in dem die Zunge 73 in dem Schlitz 74 bewegt werden kann. Jedoch werden in einem Zustand, in dem die Zunge 73 an einer Wand des Schlitzes 74 anliegt, das Lenkrad 5 und das Säulenrohr 6a miteinander gemeinsam gedreht. Eine solche Struktur ist als Totgangverbindung gut bekannt, die als Ausfallsicherungsmechanismus beim Energieausfall in einem Servolenksystem dient.
In Bezug auf Fig. 4 ist eine CCD-Kamera 75 an einer geeigneten Stelle des Fahrzeugs angebracht, um eine Szene in Fortbewegungsrichtung vor dem Fahrzeug aufzunehmen. Die von der CCD-Kamera 75 aufgenommene Bildinformation wird in einem Bildprozessorabschnitt 76 einer Bearbeitung unterzogen, wie etwa der Extraktion eines Kennpunkts und einer Hough'schen Konversion. Ein befahrbarer Bereich wird in einem Befahrbarer- Bereich-Erkennungsabschnitt 77 auf der Basis eines Bilds abgesucht, das sich aus der Bildbearbeitung in dem Bildbearbeitungsabschnitt 76 ergibt, und ein Schema eines Kurses, entlang dem das Fahrzeug nun fahren wird, wird auf der Basis eines Suchergebnisses in einem Ziel-Kursbestimmungsabschnitt 78 bestimmt. Somit stellen die CCD-Kamera 75 und der Bildbearbeitungsabschnitt 76 eines erstes Erfassungsmittel dar, um einen Fahrbahnzustand einer vor dem fahrenden Fahrzeug liegenden Straße zu erfassen, und der Befahrbarer-Bereich-Erkennungsabschnitt 77 und der Ziel- Kursbestimmungsabschnitt 78 stellen ein zweites Erfassungsmittel dar, um eine gegenwärtige Positionsbeziehung des betreffenden Fahrzeugs zu einer Straßenfahrbahn zu erfassen.
Ein Ausgangssignal von dem Ziel-Kursbestimmungsmittel 78 wird in eine CPU 80&sub1; eingegeben, die ein Lenkbetragberechnungsmittel ist, um einen Lenkbetrag zu berechnen, der zum Einhalten der Positionsbeziehung des betreffenden Fahrzeugs zu der vor dem Fahrzeug liegenden Straßenfahrbahn aus Ausgaben von den ersten und zweiten Erfassungsmitteln zu berechnen. Die folgenden Ausgaben werden auch in die CPU 80&sub1; eingegeben: eine Ausgabe von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 81, der an einer geeigneten Stelle einer Antriebswelle (nicht gezeigt) des Fahrzeugs angebracht ist, um eine Fahrgeschwindigkeit V des Fahrzeugs zu erfassen, sowie eine Ausgabe von einem Gierratensensor 82, der nahe einer Mittelposition des Fahrzeugs angebracht ist, um einer Gierrate (eine Winkelgeschwindigkeit um eine vertikale Achse eines Schwerpunkts des Fahrzeugs) γ zu erfassen. Ein von dem Codierer 51 (Fig. 2) erfasster Korrekturlenkwinkel θ und ein von dem Codierer 52 (Fig. 1) bestimmter Ist- Lenkwinkel δ werden ebenfalls in die CPU 80&sub1; eingegeben.
Ein Schalter, der nicht gezeigt ist, ist an einer geeigneten Stelle in der Nähe eines Fahrersitzes angeordnet, um zwischen der Ausführung und Nichtausführung der Korrektur des Lenkwinkels umzuschalten. Ein Schaltsignal von dem Schalter wird ebenfalls in die CPU 80&sub1; eingegeben.
Die CPU 80&sub1; berechnet einen Soll-Lenkwinkel θD des Servomotors 31 gemäß einem in den Fig. 5A und 5B gezeigten Programm und gibt den Soll- Lenkwinkel θD aus, um hierdurch, durch einen Motorverstärker 83, den Servomotor 31 anzutreiben.
In den Fig. 5A und 5B wird das Programm gestartet, beispielsweise mit einem Intervall von alle 10 ms. In Schritt S100 wird bestimmt, ob ein Bit eines Flag auf "1" gesetzt wurde. Wenn das Bit (ein Anfangswert ist 0) auf "1" gesetzt worden ist, werden Schritte von Schritt S101 zu Schritt S112, die nachfolgend beschrieben werden, nicht ausgeführt.
Wenn in Schritt S100 NEIN, d.h. wenn das Flag "0" ist, werden Informationen von den Sensoren 51, 52, 81 und 82 in Schritt S101 gelesen, und es geht zu Schritt S102 weiter.
In Schritt S102 wird ein Neigungswinkel θW des betreffenden Fahrzeugs (das mit W bezeichnet ist) auf den in Fig. 6 gezeigten Koordinaten berechnet. In den Koordinaten sind x-y Relativkoordinaten, die eine als Ursprung o gezeigte Fahrzeugposition W, eine x-Achse, die durch die Längsrichtung des Fahrzeugs W vorgesehen ist, sowie eine y-Achse, die durch eine Breitenrichtung des Fahrzeugs W vorgesehen ist, aufweisen, auf X-Y-Festkoordinaten eingerichtet. Der Ziel-Kursbestimmungsabschnitt 78 erkennt einen befahrbaren Bereich A in planarer Weise aus einem Straßenliniensegment M, das aus der von der CCD-Kamera 75 vorgesehenen Bildinformation extrahiert ist, und bestimmt einen Zielkurs M als eine Punktreihe enthaltende Kurve gemäß einer vorbestimmten Regel, die beispielsweise einen Zielkurs M an der Mitte des befahrbaren Bereichs A bestimmt.
Die x-y-Relativkoordinaten und die X-Y-Festkoordinaten auf der Basis des Fahrzeugs W sind anfänglich so eingerichtet worden, dass sie während des Stopps des Fahrzeugs W miteinander übereinstimmen. Somit kann der Neigungswinkel θW des Fahrzeugs W in den X-Y-Festkoordinaten durch Integrieren der erfassten Gierrate γ jedesmal bestimmt werden, wenn das Flussdiagramm in den Fig. 5A und 5B gestartet wird.
Im nächsten Schritt S103 werden Koordinatenkomponenten (XW, YW) der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs W, d.h. der Ursprung o der x-y- Relativkoordinaten des Fahrzeugs W auf den X-Y-Festkoordinaten, und in Schritt S104 ein Zielpunkt P gesetzt. Das bedeutet, dass der Zielpunkt als ein Punkt auf dem Zielkurs M gesetzt wird, mit einer x-Koordinatenkomponente, die durch einen Abstand XD (= VT) der Bewegung des Fahrzeugs W in Richtung der x-Achse mit einer gegenwärtigen Fahrzeuggeschwindigkeit V für eine vorbestimmte vorausschauende Zeit T vorgesehen wird, weil der Zielkurs M als Punktreihe in den x-y-Relativkoordinaten dargestellt wird.
In Schritt S105 wird eine Sollgierrate γm berechnet. In dieser Berechnung werden nacheinander die folgenden Berechnungen ausgeführt: Eine Berechnung einer Zielpunkt-erreicht-Gierrate γp, die während der Fahrt des Fahrzeugs W entlang einem virtuellen Kurs Sp erzeugt wird, bis das Fahrzeug W den Zielpunkt P erreicht, eine Berechnung einer Winkelabweichung Δθp zwischen einem Neigungswinkel θPW des Fahrzeugs W an dem Zielpunkt P und einem Neigungswinkel θPM des Fahrzeugs W in dem Zielkurs M; sowie ein Gierratenkorrekturbetrag Δγp zum Beseitigen der Winkelabweichung Δθp. Ferner wird die Soll-Gierrate γm gemäß folgender Gleichung berechnet:
γm = γp-Km·Δγp
In der obigen Gleichung ist Km ein Korrekturfaktor, der durch einen Unterbrechungsprozess in den Schritten S106 und S107 vorgesehen werden kann, die parallel zu den Schritten S102 bis S105 vorgesehen sind. Insbesondere werden in Schritt S106 eine Krümmung σ und eine Straßenbreite D des befahrbaren Kurses A bestimmt, und in Schritt S107 wird ein Korrekturfaktor Km durch eine Fuzzylogik aus der Krümmung σ, der Straßenbreite D und der Fahrzeuggeschwindigkeit V bestimmt. In diesem Fall wird der Korrekturfaktor Km entsprechend den Werten, wie etwa der Krümmung σ und der Straßenbreite D, im Hinblick auf die Tatsache bestimmt, dass es schwierig ist, in Abhängigkeit von der Krümmung und dgl. des Fahrkurses das Fahrzeug glatt auf den Zielkurs M zu bringen.
Im sich an Schritt S105 anschließenden Schritt S108 wird ein Soll-Lenkwinkel δm des Vorderrads 7, der zum Erzeugen der Soll-Gierrate γm erforderlich ist, unter Verwendung einer geeigneten Gleichung berechnet, die die Beziehung zwischen der Gierrate und dem Lenkwinkel darstellt. In Schritt S109 wird ein Sollwert θD eines Versatzwinkels des Servomotors 31 berechnet, um den Lenkwinkel des Vorderrads 7 an den Soll-Lenkwinkel δm anzugleichen. Ferner wird in Schritt S110 eine Regelung ausgeführt, sodass der Versatz des Servomotors 31 an den Soll-Wert θD angeglichen wird.
In Schritt S111 wird bestimmt, ob sich die Straßenfahrbahn geändert hat. In anderen Worten, es wird aus einer Ausgabe von dem Zielkursbestimmungsabschnitt 78 bestimmt, ob infolge einer vom Fahrer durchgeführten Lenkung das Fahrzeug die gegenwärtige Fahrbahn verlassen hat und zu einer benachbarten Fahrbahn gefahren ist. Wenn der Fahrbahnwechsel durch das Bestimmungsergebnis bestätigt worden ist, wird die Steuerung von Schritt S101 zu Schritt S110 unterbrochen, was nachfolgend beschrieben wird.
Wenn der Fahrbahnwechsel in Schritt S111 bestätigt worden ist, kann angenommen werden, dass sich der Servomotor 31 zu einer Grenzstellung des Totgangmechanismus bewegt hat, und in anderen Worten zu einer Stellung, in der die Zunge 73 an der Wand des Schlitzes 74 anliegt. Um die Steuerung nach Rückkehr des Servomotors 31 in eine ursprüngliche Stellung zu stoppen, wird mittels der Schritte S112 bis S115 eine Rückstellsteuerung durchgeführt.
Zuerst wird in Schritt S112 das Bit das Flags auf "1" gesetzt, und in Schritt S113 wird der Soll-Wert θD des Versatzwinkels des Servomotors 31 auf "0" gesetzt. Ferner wird in Schritt S114 der Servomotor 31 mit niedriger Geschwindigkeit betätigt, sodass θD = 0 gilt. Danach wird in Schritt S115 bestätigt, dass der vom Codierer 51 erfasste Winkel θ"0" wird, um hierdurch die Programmsteuerung zu beenden. Bevor θ = 0 erreicht ist, wird über eine Zeit von etwa 2 Grad/s von Schritt S115 über Schritt S100 zurück zu Schritt S113 eine Rückstellbewegung durchgeführt.
Wenn das Fahrzeug keine solche Rückstellfunktion hat, wird das Lenkrad während der Geradeausfahrt des Fahrzeugs nicht zu einer Geradeausstellung zurückgestellt, was zu Nachteilen führt, dass der Fahrer ein unnatürliches Gefühl erhält und dass, wenn die Steuerung der Schritte S101 bis S110 erneut durchgeführt wird, der Servomotor 31 keinen Betrieb in entweder Links- oder Rechtsrichtung aufbringen kann.
Wenn der Fahrbahnwechsel in Schritt S111 nicht bestätigt wird, wird in Schritt S116 bestimmt, ob das Programm beendet worden ist. Wenn das Programm nicht beendet ist, kehrt der Prozess zu Schritt S100 zurück. In anderen Worten, wenn das Fahrzeug auf der gleichen Fahrbahn fährt, wird die Steuerung der Schritte S101 bis S110 anschließend fortgesetzt, ob der Fahrer in die Lenkung eingegriffen hat oder nicht.
Ein unterschiedlicher Punkt zwischen dieser Steuerung und einer Steuerung in der Technik (japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 5- 197423), die früher vorgeschlagen worden ist, liegt zusätzlich zu der Tatsache, dass der Lenkmechanismus 30&sub1; nicht an der Fahrzeugkarosserie fixiert ist, darin, dass der Servomotor 31 der Regelung unterzogen wird, sodass der von dem Codierer 52 erfasste Wert δ gleich dem Soll-Wert wird. Der Versatzwinkel θ des Servomotors 31 zu dieser Zeit (der von dem Codierer 51 erfasste Wert) hat die folgende Beziehung zu dem Soll-Lenkwinkel δm:
δm = δH + θ/KW
worin KW ein Gangverhältnis des Untersetzers 66 ist; und δH ein Winkel der Lenkung ist, die durch Eingriff des Fahrers durch das Lenkrad ausgeübt wird. Dieser Lenkwinkel ist ein Wert in Bezug auf einen absoluten Raum, und weil δm und θ direkt erfasst werden können, kann gemäß der obigen Gleichung δH erfasst werden.
Wenn daher eine Differenz vorliegt, die zwischen dem vom Codierer 52 zum Erfassen des Ausgangslenkwinkels erfassten Winkel δ und dem Soll- Lenkwinkel δm erzeugt wird, ist ein Wert, der sich aus der Muliplikation der Differenz mit dem Gangverhältnis ergibt, ein Soll-Wert θD des Versatzwinkels des Servomotors 31. Ein Drehmoment TM, das von dem Servomotor 31 aufgebracht werden muss, um die Differenz zwischen dem Soll-Wert θD und dem Versatzwinkel θ des Servomotors 31 zu überwinden, wird ausgedrückt durch:
TM = KO · {KW · (δm - δ) - θ}
worin KO einen Verstärkungskonstante ist und ein elektrischer Strom zum Erzeugen dieses Drehmoments TM von dem Motorverstärker 83 ausgegeben wird.
Wie oben im Detail beschrieben worden ist, braucht nach dieser Ausführung der Fahrer nur ein allgemeines Lenken durchführen, und dann wird ein Lenkvorgang zum Folgen der Fahrbahn automatisch durchgeführt, um hierdurch eine Minderung in der Ermüdung des Fahrers zu erreichen. Wenn der Fahrer das Lenkrad 5 loslässt, wird das Lenkrad 5 unnötigerweise gedreht, wodurch ein wesentliches Lenken nicht realisiert wird, weil kein Teil vorhanden ist, der eine Reaktionskraft von einer Straßenoberfläche her erhält, und zwar aus der Tatsache, dass der Lenkmechanismus 30&sub1; nicht an der Fahrzeugkarosserie fixiert ist, wie oben beschrieben.
Daher sind die folgenden Vorteile vorhanden: Es kann notwendigerweise realisiert werden, den Fahrer dazu zu zwingen, das Lenkrad 5 immer zu ergreifen, und es genügt eine langsame Arbeitsgeschwindigkeit des Servomotors 31, um eine allgemeine Lenkbetätigung durch den Fahrer durchzuführen. Somit kann die vorliegende Erfindung auch mit einem kleinen und leichten Servomotor 31 realisiert werden.
Man nehme z. B. an, dass der Fahrer das Fahrzeug entlang einer leichten Kurve fährt. In diesem Fall gibt der Fahrer einen Lenkwinkel ein, der für diese Kurve geeignet ist, und daher kann der von dem System zu korrigierende Lenkwinkel einen derartigen Betrag haben, dass das Fahrzeug der Fahrbahn durch einen Lenkbetrag des Fahrers nicht folgen kann. Auch wenn sich die Krümmung der Straße ändert, gibt der Fahrer einen Lenkwinkel ein, der einer gelegentlichen Änderung entspricht, und daher kann der durch den Servomotor 31 zu korrigierende Lenkwinkel einen kleinen Betrag haben.
Wenn der vom Fahrer eingegebene Lenkwinkel relativ zur Straßenkrümmung deutlich zu gering ist, beginnt natürlich das Fahrzeug, von der Fahrbahn abzuweichen, und da wird der Fahrer erkennen, dass der von ihm selbst eingegebene Lenkwinkel zu gering oder zu groß ist.
In dieser Ausführung wird jedoch die Differenz zwischen dem vom Menschen eingegebenen Lenkbetrag und dem Soll-Lenkbetrag in dem System nicht notwendigerweise klein, und es ist nicht zu verleugnen, dass die Kapazität des Servomotors 31 im Vergleich zu einer vierten Ausführung, die nachfolgend beschrieben wird, größer ist. Wenn z. B. der Fahrer ungeübt oder sehr müde ist, besteht eine Möglichkeit, dass der allgemeine Lenkbetrag ein unpassender Betrag ist, und daher ist es erforderlich, dass der Servomotor 31 derart ausgestaltet ist, dass er einen gewissen Kapazitätsgrad hat.
Wenn darüber hinaus nach dieser Ausführung der Fahrer z. B. auf einer im Wesentlichen geradlinig verlaufenden Straße das Lenkrad 5 gerade hält, wird durch eine Ausgabe von dem Servomotor 31 auf der Basis der Bildinformation eine sehr kleine Lenkkraft auf das Vorderrad 7 ausgeübt, sodass das Fahrzeug die Fahrbahn entlang fährt. Wenn sich das Fahrzeug jedoch unerwartet einer Straße annähert, die eine große Krümmung hat, ohne dass das Lenkrad 5 betätigt wird, wird das Vorderrad 7 gelenkt, und infolgedessen wird eine Reaktionskraft von der Straßenoberfläche durch die Säule 6 auf den Fahrer übertragen.
Die Reaktionskraft von der Straßenoberfläche bedeutet ein Ausrichtdrehmoment (d.h. ein Drehmoment hat die Wirkung, das Vorderrad 7 zu einem Geradeauslaufzustand zurückzubringen), das allgemein auf der Basis der auf den Reifen einwirkenden Geometrie erzeugt wird, was in diesem technischen Gebiet gut bekannt ist. Ein Lenkdrehmoment in einer Richtung, um das Fahrzeug zu einem Geradeauslaufzustand zurückzubringen, wird ungeachtet dessen aufgenommen, dass das Lenkrad 5 nicht betätigt wird. Danach zeigt eine Szenerie vor dem Fahrzeug ein Verhalten, das von dem Lenken abhängig ist, und daher kann der Fahrer visuell bestätigen, dass das Vorderrad 7 gelenkt wird. Zusätzlich zu der visuellen Bestätigung kann der Fahrer auch aus einer Querbeschleunigung erkennen, dass sich das Fahrzeug in einem Kurvenzustand befindet.
Auch wenn die Fahrbahnfolgersteuerung durchgeführt wird, kann der Fahrer, wenn er z. B. einem Hindernis ausweichen möchte oder zu einer benachbarten Fahrbahn fahren möchte, die Fahrbahnfolgersteuerung überlaufen, indem er lediglich einen erforderlichen Lenkwinkel an das Lenkrad 5 anlegt.
Hierbei wird natürlich von dem System ein Lenkwinkel ausgegeben, der dazu dient, das Lenken des Fahrers zu überwinden, wobei aber ein auf das Lenksystem ausgeübtes Drehmoment nur eine Reaktionskraft von der Straßenoberfläche ist. Daher ist ein Drehmoment, das unabhängig von der Wirkung des Servomotors 31 auf das Lenkrad 5 übertragen wird, nur die Reaktionskraft von der Straßenoberfläche, was zu einem Vorteil darin führt, dass es möglich ist, die Fahrbahnfolgersteuerung deutlich glatt zu überlaufen, im Vergleich zu einem Fall, wo der Servomotor ein Reaktionsdrehmoment erzeugt, das einem Wunsch des Fahrers entgegenstrebt, wenn der Lenkmechanismus 30~ an der Fahrzeugkarosserie fixiert ist.
Ferner wird der Soll-Lenkwinkel δm so bestimmt, dass das Fahrzeug auf einem Mittelabschnitt einer Fahrbahn fährt, und daher eine automatische Korrektur ausgeübt wird, wenn es von der Fahrbahn abweicht. Wenn z. B. eine externe Störung aufgrund von Seitenwind oder einer Unebenheit der Straßenoberfläche einwirkt, um das Fahrzeug von einem Kurs abzubringen, wird die Korrektur durchgeführt, um das Fahrzeug automatisch auf den ursprünglichen Kurs zurückzubringen, und daher braucht der Fahrer kaum irgendwas gegen die externe Störung zu tun.
Wenn man dies von einer Ortskurve des Fahrzeugs aus betrachtet, wird das Abweichen von dem Kurs durch das externe Störungsmittel und die Rückkehr zu dem Kurs in der gleichen Weise zusammengeführt wie von einem geübten Fahrer, was zu einer entsprechend erhöhten Stabilität führt. Wenn man dies von einem auf einer benachbarten Fahrbahn fahrenden Fahrzeug aus betrachtet, wird die umgebende Fahrordnung stabil beibehalten und wird nicht gestört, was vorteilhaft ist.
Ferner hat diese Ausführung einen Vorteil darin, dass beim Auftreten einer Störung, wie etwa eines Energieausfalls, der Lenkmechanismus 30&sub1; in einen Zustand gebracht wird, in dem er zu dem Lenkrad 5 fixiert ist, und daher kann die automatische Lenkung sofort zur manuellen Lenkung wechseln. Auch wenn der Schalter zum Umschalten, ob die Korrektur des Lenkwinkels durchgeführt wird oder nicht, wie oben beschrieben ausgeschaltet werden kann, um zu verhindern, dass die Korrektur des Lenkwinkels durchgeführt wird, sodass der Fahrer die gesamte Lenkung durchführt, kann der Fahrer ähnlich wie im Stand der Technik ein steifes Lenkgefühl genießen.
Auch wenn der Betrieb der Lenkwinkelkorrekturvorrichtung nach Abschluss des Fahrbahnwechsels und dgl. gestoppt wird, wird die automatische Lenkung grundlegend zur manuellen Lenkung umgeschaltet, und daher ist das Lenkgefühl beim Umschalten natürlich, was zu verbesserten kommerziellen Eigenschaften führt. Auch bei der dritten Ausführung, die nachfolgend beschrieben wird, kann dieser Vorteil leicht erreicht werden, indem zusätzlich eine Kupplung angebracht ist, die dazu ausgelegt ist, beim Energieausfall in Eingriff gebracht zu werden und bei Erregung außer Eingriff gebracht zu werden.
Wenn ferner das Fahrzeug von der gegenwärtigen Fahrbahn zu einer benachbarten Fahrbahn fährt (die Fahrbahn wechselt), wird die Fahrbahnfolgersteuerung gestoppt, und daher lässt sich verhindern, dass sich das Fahrzeug entgegen der Absicht des Fahrers verhält und, nach Wechsel zur benachbarten Fahrbahn, zur ursprünglichen Fahrbahn zurückkehrt. Wenn ferner das Fahrzeug von der gegenwärtigen Fahrbahn zu einer benachbarten Fahrbahn wechselt oder wenn der Schalter betätigt wird, sodass die Lenkwinkelkorrekturvorrichtung außer Betrieb gesetzt wird, wird die Betriebsstellung des Servomotors 31 langsam in eine Neutralstellung zurückgebracht. Daher lässt sich verhindern, dass das Fahrzeug fährt, während die Stellung des Lenkrads 5 schräg bleibt. Beim Wiederanfahren ist es möglich, mit einer Stellung anzufahren, in der die Steuerung des Servomotors 31 seitlich gleichmäßig vorbereitet ist.
Die Fig. 7 bis 10 stellen eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung dar. Das Lenkrad 5 umfasst, zuerst in Bezug auf die Fig. 7, 8 und 9, eine Nabenplatte 12, die am Hinterende der Säule 7 (am rechten Ende in Fig. 8) relativ drehbar angebracht ist, einen ringartigen Griffabschnitt 5a, der angeordnet ist, um eine rückwärtige Verlängerung der Säule 6 zu umgeben und in dem ein Kern 13 eingebettet ist, zwei linke und zwei rechte Speichen 15 und 16, die den Kern 13 des Griffabschnitts 5a mit der Nabenplatte 12 verbinden, sowie eine aus Kunstharz hergestellte vordere Lenkabdeckung 17, die zu einer Kastenform ausgebildet ist, die die Vorderenden der Speichen 15 und 16 von der Vorderseite her abdeckt und an ihrem Hinterende offen ist und die an der Nabenplatte 12 gesichert ist.
An dem Lenkrad 5 ist ein Airbagmodul 18 angebracht. Das Airbagmodul 18 enthält einen Inflator 19, der ein mit Treibmittel zum Erzeugen von Hochdruckgas gefülltes Gefäß enthält, einen Airbag 20, der in einem gefalteten Zustand hinter dem Inflator 19 angeordnet ist, sowie eine aus Kunstharz hergestellte hintere Lenkabdeckung 21, die eine Rückseite des Airbag 20 abdeckt. Die hintere Lenkabdeckung 21 umfasst einen Endwandabschnitt 21a, der hinter dem Airbag 20 angeordnet ist und einen dünnen Abschnitt aufweist, der beim Aufpumpen des Airbag 20 bricht, einen äußeren Wandabschnitt 21b, der zylinderförmig geformt ist, um sich von dem Endwandabschnitt 21a nach vorne zu erstrecken, wobei sein Vorderende in der Nähe und gegenüber dem Hinterende der vorderen Lenkabdeckung 17 angeordnet ist, sowie einen inneren Wandabschnitt 21c, der zylinderförmig ausgebildet ist, um sich von dem Endwandabschnitt 21a nach vorne zu erstrecken und der von dem äußeren Wandabschnitt 21b umschlossen wird. Ein Tragelement 22, der aus dünnem Material zu einem Becher geformt ist, ist in ein Vorderende des inneren Wandabschnitts 21c eingesetzt und dort fixiert. Der Inflator 19 ist in dem inneren Wandabschnitt untergebracht und an dem Trägerelement 22 fixiert. Der von dem Trägerelement 22 festgehaltene Airbag 20 ist in dem inneren Wandabschnitt 21c untergebracht, sodass er zwischen dem Inflator 19 und dem Endwandabschnitt 21a angeordnet ist.
Beschläge 23&sub1; und 23&sub2; sind integral an entgegengesetzten Enden der Nabenplatte 12 vorgesehen, sodass sie zu dem Airbagmodul 18 vorstehen, und dünne Tragarme 24&sub1; und 24&sub2; sind integral an dem Trägerelement 22 vorgesehen und überlappen die Außenseiten der Beschläge 23&sub1; und 23&sub2;. Ferner besitzt jeder der Tragarme 24&sub1; und 24&sub2; ein sich längs erstreckendes Langloch 25, das darin vorgesehen ist, sowie ein kreisförmiges Einsetzloch 26, das darin vorgesehen ist und mit einem Vorderende des Langlochs 25 verbunden ist. Der Durchmesser des Einsetzlochs 26 ist größer festgelegt als jener des Langlochs 25.
Ein Bolzen 27, dessen Durchmesser größer ist als die Breite des Langlochs 25, ist durch das Einsetzloch 26 eingesetzt. Die Bolzen 27 sind in die Beschläge 23&sub1; und 23&sub2; eingeschraubt. Somit wird das Airbagmodul 18 an der Nabenplatte 12 gehalten.
In diesem Airbagmodul 18 wird, infolge einer Kollision des Fahrzeugs, das Treibmittel in dem Inflator 19 gezündet und verbrannt, wodurch das Hochdruckgas von dem Inflator 19 in den gefalteten Airbag 20 eingeführt wird, um den Airbag 20 zu expandieren. Dies bewirkt, dass ein Abschnitt der Endwand 21a bricht, um hierdurch den Airbag 20 in den Fahrzeugraum zu entfalten, um den Fahrer zurückzuhalten. Wenn ferner der Airbag in Kontakt mit dem Fahrer kommt, bewirkt eine resultierende Reaktionskraft, dass eine Last auf das Airbagmodul 18 in einer Richtung ausgeübt wird, die von einer Entfaltungsrichtung des Airbag 20 entgegengesetzt ist, d.h. in Vorwärtsrichtung. Infolgedessen bewegt sich das Airbagmodul 18 nach vorne, während die Breite der Langlöcher 25 durch die Bolzen 27 vergrößert wird, und die entgegengesetzten Seitenränder der Langlöcher 25 durch die Bolzen 27 plastisch verformt werden. Dies bewirkt, dass einen sekundäre Kollisionsenergie, die von dem Fahrer auf den Airbag 20 ausgeübt wird, wirkungsvoll absorbiert wird. Somit ist es möglich, den Fahrer durch den Airbag 20 weich zurückzuhalten.
Ein Lenkmechanismus 30&sub2; als Antriebsmittel, das eine relative Drehbewegung zwischen dem Lenkrad 5 und der Säule 6 erzeugen kann, ist in dem Lenkrad 5 vor dem Airbagmodul 18 angeordnet. Der Lenkmechanismus 30&sub2; umfasst einen Servomotor 31, der an dem Lenkrad 5 fest angeordnet ist, einen ersten Untersetzermechanismus 32 zum Untersetzen der Ausgabe von dem Servomotor 31, einen zweiten Untersetzermechanismus 33 zum weiteren Untersetzen der Ausgabe von dem ersten Untersetzermechanismus 32 sowie eine Ausgangswelle 34, die an der Ausgangsseite des zweiten Untersetzermechanismus 33 angebracht und mit dem Hinterende der Säule 6 gekoppelt ist.
Der Lenkmechanismus 302 besitzt ein Gehäuse 35, das eine an der Nabenplatte 12 gesicherte Gehäusehälfte 36 sowie eine mit der Gehäusehälfte 36 gekuppelte Gehäusehälfte 37 umfasst. Der Servomotor 31 ist an dem Gehäuse 35 fest gehaltert und weist in einer zur Achse der Säule 6 orthogonalen Ebene eine Drehachse auf.
Der erste Untersetzermechanismus 32 ist als gradverzahnter Untersetzermechanismus aufgebaut und ist in dem Gehäuse 35 untergebracht. Der erste Untersetzermechanismus 32 umfasst ein Ausgangszahnrad 38, das an der Ausgangswelle des Servomotors 31 vorgesehen ist, sowie ein Untersetzerzahnrad 39, das mit dem Ausgangszahnrad 38 kämmt. Der zweite Untersetzermechanismus 33 umfasst ein schräg verzahntes Zahnrad 40, das von dem Gehäuse 35 drehbar gehalten ist, sowie ein Schneckenzahnrad 41 als Betätigungselement, das mit der Ausgangswelle 34 integral ist und mit dem schräg verzahnten Zahnrad 40 kämmt und das in dem Gehäuse 35 untergebracht ist. Das Untersetzungszahnrad 39 des ersten Untersetzermechanismus 32 ist am einen Ende des schräg verzahnten Zahnrads 40 vorgesehen.
Die Ausgangswelle 34 ist zu einer hohlzylindrischen Gestalt geformt, und das Hinterende der Säule 6 ist in eine vordere Hälfte der Ausgangswelle 34 eingesetzt. Ferner sind die Ausgangswelle 34 und die Säule 6 miteinander durch eine Längsverzahnung 42 relativ zueinander nicht drehbar gekuppelt. Die Ausgangswelle 34 ist an dem Hinterende der Säule 6 durch Eingriff eines Bolzens 43 fixiert, der mit einer Innenfläche eines Zwischenabschnitts der Ausgangswelle 6 auf das Hinterende der Säule 6 aufgeschraubt ist. Zwischen der Gehäusehälfte 36 des Gehäuses 35 und der Ausgangswelle 34 ist ein Lager 44 angeordnet, und zwischen der Gehäusehälte 37 des Gehäuses 35 und der Ausgangswelle 34 ist ein Lager 45 angeordnet, sodass die Ausgangswelle 34 und das Gehäuse 35 relativ zueinander um die Achse der Säule 6 herum drehbar sind.
Die Ausgangswelle 34 besitzt einen Flansch oder eine Wölbung 34, die integral an ihrem Hinterende vorgesehen ist und von der Ausgangswelle 34 innerhalb des Gehäuses 35 radial auswärts vorsteht. Das Schneckenzahnrad 41 des zweiten Untersetzermechanismus 33 ist zu einer fächerartigen Gestalt geformt und integral mit der Wölbung 34a verbunden.
Auf diese Weise wird die Ausgabe von dem Servomotor 31 mit einem Untersetzungsverhältnis von z. B. etwa 500 durch die ersten und zweiten Untersetzermechanismen 32 und 33 untersetzt und auf die Ausgangswelle 34 und somit auf die Säule 6 übertragen. Der Grund dafür, warum das Untersetzungsverhältnis auf einen derart hohen Wert gesetzt ist, ist, dass das Lenkrad 5 bereits auf einen ausreichenden Lenkwinkel gelenkt wird und der Servomotor 31 nur die Wirkung hat, den vom Fahrer erzeugten übermäßig fehlerhaften Lenkwinkel zu korrigieren und daher die korrigierte Drehzahl der Säule 6 klein sein kann, und ferner, dass, wenn ein Drehmoment so klein wie · dieses die vom Fahrer ausgeübte Lenkkraft überwinden kann, um den Drehbetrag der Säule 6 zu vergrößern oder zu verkleinern, ausgegeben wird, der Zweck erfüllt werden kann.
Weil das Untersetzungsverhältnis wie oben beschrieben auf den großen Wert gesetzt werden kann, kann der Servomotor 31 eine kleine Kapazität haben. Dies ist vorteilhaft, um den Servomotor 31 und die ersten und zweiten Untersetzermechanismen 32 und 33 innerhalb des engen Lenkrads 5 unterzubringen.
In einem Kraftübertragungssystem zum Übertragen der Ausgabe von dem Servomotor 31 auf die Ausgangswelle 34 ist der zweite Untersetzermechanismus 33, der das schräg verzahnte Zahnrad 40 und das Schneckenzahnrad 41 umfasst, ein irreversibler Übertragungsmechanismus, der nicht in der Lage ist, die Drehkraft von der Ausgangswelle 34 zu dem ersten Untersetzermechanismus 33 hin zu übertragen, d.h. zu dem Servomotor 31 hin. Daher stellen der erste Untersetzermechanismus 32, der zweite Untersetzermechanismus 33 und die Ausgangswelle 34 ein direktes Kupplungsmittel dar, um das Lenkrad 5 direkt mit der Säule 6 zu koppeln, sodass bei Nichtbetrieb des Servomotors 31 eine Drehantriebskraft von dem Lenkrad 5 direkt auf die Säule 6 übertragen werden kann. Wenn somit der Fahrer bei einem Ausfall des Servomotors 31, aufgrund des Stopps der Energiezufuhr zu dem Servomotor 31 aus irgendeinem Grund, das Lenkrad 5 betätigt, wird diese Lenkdrehkraft unmittelbar von der Ausgangswelle 34 auf die Säule 6 übertragen.
Insbesondere in Bezug auf Fig. 9 erfüllt die Gehäusehälfte 36 des Gehäuses 35 eine Funktion als Sperrelement zum Eingriff mit dem Schneckenzahnrad 41 als dem Betätigungselement, das mit dem Servomotor 31 verbunden ist, um den Arbeitsbereich des Schneckenzahnrads 41 zu begrenzen. Der Drehwinkel des fächerförmigen Schneckenzahnrads 41 relativ zu der Gehäusehälfte 36 kann z. B. 16 Grad an der linken Seite und 16 Grad an der rechten Seite in Fig. 9 betragen. Die Gehäusehälfte 36 ist mit Begrenzungsabschnitten 36a und 36b zum Eingriff mit linken und rechten Seiten des Schneckenzahnrads 41 versehen, um den Arbeitsbereich des Schneckenzahnrads 41 zu begrenzen. Auch wenn somit die Irreversibilität der Kraftübertragung des zweiten Untersetzermechanismus 33 verlorengehen sollte, kann die Lenkdrehkraft des Lenkrads 5 durch die Ausgangswelle nach dem Eingriff der Begrenzungsabschnitte 36a oder 36b mit dem Schneckenzahnrad 41 direkt auf die Säule 6 übertragen werden.
Das Schneckenzahnrad 41 besitzt einen Stift 46, der an seinem Umfangsmittelabschnitt vorgesehen ist und zu der Gehäusehälfte 37 des Gehäuses 35 vorsteht, und Schalter 47 und 48 sind an der Gehäusehälfte 37 befestigt und haben Erfassungshebel 47a und 48a zum Erfassen des Stifts 36. Der Schalter 47 ist an der Gehäusehälfte 37 an einer Stelle befestigt, in der der Stift 46 von dem Erfassungshebel 47a unmittelbar vor der Anlage des Schneckenzahnrads 41 an dem Begrenzungsabschnitt 36a der Gehäusehälfte 36 erfasst wird, um hierdurch den Schaltmodus zu wechseln. Der Schalter 48 ist an der Gehäusehälfte 47 an einer Stelle befestigt, in der der Stift 46 durch den Erfassungshebel 48a unmittelbar vor der Anlage des Schneckenzahnrads 41 an dem Begrenzungsabschnitt 36b der Gehäusehälfte 36 erfasst wird, um hierdurch den Schaltmodus zu wechseln. Ferner unterbrechen die Schalter 47 und 48 jeweils die Energiezufuhr zu dem Servomotor 31, indem sie den Schaltmodus infolge der Erfassung des Stifts 46 durch die Erfassungshebel 47a, 48a wechseln. Daher lässt sich in einem Zustand, in dem der Servomotor 31 normal arbeitet, verhindern, dass das Schneckenzahnrad 41 an dem Begrenzungsabschnitt 36a oder 36b anliegt, um einen Nachteil zu erzeugen, dass etwa ein Überstrom zu dem Servomotor 31 fließt.
Auch in Bezug auf Fig. 10 ist ein Codierer 51 innerhalb des Lenkrads 5 angeordnet, um den Korrekturlenkwinkel zu erfassen, der ein Betrag eines relativen Versatzes zwischen dem Lenkrad 5 und der Säule 6 ist. Ein Verbindungselement 54, das aus einer unten geschlossenen zylindrischen Welle aus Kunstharz geformt ist, ist mit seinem nach hinten gedrehten offenen Ende in das Hinterende der Ausgangswelle 34 in der Rückseite des Bolzens 43 eingesetzt, um die Ausgangswelle 34 an der Säule 6 zu fixieren. Ein Eingriffsvorsprung 56 ist am Hinterende des Verbindungselements 54 vorgesehen, um in eine im Hinterende der Ausgangswelle 34 vorgesehene Kerbe 55 einzugreifen. Somit wird in einem Zustand, in dem das Verbindungselement 54 in das Hinterende der Ausgangswelle 34 eingesetzt worden ist, das Verbindungselement 54 zusammen mit der Ausgangswelle 34 gedreht.
Der Codierer 51 umfasst ein zylindrisches Gehäuse 57, an dessen Hinterende ein nach auswärts vorstehender Flanschabschnitt 57a vorgesehen ist, einen Detektor 58, der vom Vorderende des Gehäuses 57 drehbar vorsteht, sowie eine Torsionsfeder 59, die zwischen dem Gehäuse 57 und dem Detektor 58 angeordnet ist. Der Detektor 58 ist längs einer diametralen Linie des Gehäuses 57 lang ausgebildet. Wenn eine mechanische Lose innerhalb des Codierers 51 vorhanden ist, beseitigt die Torsionsfeder 59 einen Einfluss dieses Spiels, indem sie den Detektor 58 in eine der Umfangsrichtungen vorspannt.
Der Codierer 51 wird in das Verbindungselement 54 derart eingesetzt, dass der Flanschabschnitt 57a in Anlage an die Gehäusehälfte 37 des Gehäuses 35 gebracht wird. Ferner ist in einem geschlossenen Abschnitt am Vorderende des Verbindungselements 54 ein Schlitz 60 vorgesehen, der sich längs einer diametralen Linie erstreckt, und der Detektor 58 des Codierers 51 ist in den Schlitz 60 eingesetzt. Der Flanschabschnitt 57a ist mit einem Positionierungsloch 61 versehen, und ein Positionierungsstift 62 ist durch das Positionierungsloch 61 in Eingriff damit eingeführt und in das Gehäuse 35 eingesetzt. Somit ist der Codierer 51 nicht in der Lage, relativ zu dem Gehäuse 35 gedreht zu werden, das eine stationäre Stellung relativ zu dem Lenkrad 5 einnimmt, und ist in dem Verbindungselement 54 aufgenommen, das relativ nicht drehbar in die hohle Ausgangswelle 34 eingesetzt ist, sodass der Drehbetrag der Ausgangswelle 34 relativ zu dem Gehäuse 35, d.h. der Korrekturlenkwinkel, durch die Drehung des Detektors 58 zusammen mit dem Verbindungselement 54 erfasst wird.
Der Flanschabschnitt 57a des Codierers 51 ist mit einem Deckel 63 abgedeckt, der an dem Gehäuse 35 durch eine Mehrzahl von Gewindeelementen 34 lösbar befestigt ist. Der Deckel 36 hat die Funktion, den Austritt des Positionierungsstifts 62 aus dem Positionierungsloch 61 zu unterbinden, um den fixierten Zustand des Codierers zu dem Gehäuse 35 einzuhalten, und dient auch als thermisches Abschirmmaterial, um zu verhindern, dass hohe Temperatur von dem Airbagmodul 18 den Codierer 51 nachteilig beeinflusst, wenn der Airbag 20 des Airbagmoduls 18 expandiert wird.
Wenn das Lenkrad 5 an der Säule 6 angebracht ist, ist das Verbindungselement 54 noch nicht in das Hinterende der Ausgangswelle 34 eingesetzt, um den Bolzen 43 auf das Hinterende der Säule 6 mittels eines Werkzeugs aufzuschrauben. Nach der Montage des Lenkrads 5 an der Säule 6 werden das Einsetzen des Verbindungselements 54 in die Ausgangswelle 34, das Einsetzen des Codierers 51 in das Verbindungselement 54, das Einsetzen des Stifts 62 durch das Loch 61, das Montieren des Deckels 63 an dem Gehäuse 35 und das Montieren des Airbagmoduls 18 an dem Lenkrad 5 sequenziell ausgeführt. Daher können, um das Lenkrad 5 in einer Reparaturwerkstatt zu entfernen, die Vorgänge in einer Reihenfolge ausgeführt werden, die der obigen Reihenfolge entgegengesetzt ist.
Auf diese Weise ist der zwischen dem Lenkrad 5 und der Säule 6 angeordnete Lenkmechanismus 302 in dem Lenkrad 5 untergebracht und angeordnet, wobei aber, wenn das Airbagmodul 18 vorverlagert wird, wenn der Airbag 20 des Airbagmoduls 18 an dem Lenkrad 5 angebracht wird, es notwendig ist, den Kontakt des Airbagmoduls 18 mit dem Lenkmechanismus 302 zu vermeiden. Hierzu ist der Lenkmechanismus 302 innerhalb des Lenkrads 5 an einer Stelle nahe der Säule 6 angeordnet, um einen Raum 50 zwischen dem Lenkmechanismus 302 und dem Airbagmodul 18 zu definieren, das sich in einem Außerbetriebszustand befindet.
Nach der zweiten Ausführung ist der den Servomotor 31 enthaltende Lenkmechanismus 302 zwischen dem Lenkrad 5 und der Säule 6 derart angebracht, dass eine relative Drehbewegung zwischen dem Lenkrad 5 und der Säule 6 erzeugt werden kann. Auch wenn daher irgendwelche Mechanismen von der Säule 6 zu dem Vorderrad 7 vorhanden sind, kann der Lenkwinkel mittels des Lenkmechanismus 302 korrigiert werden, der unabhängig von diesen Mechanismen in dem gleichen Prinzip aufgebaut ist. Somit ergeben sich die folgenden Vorteile für Fahrzeughersteller: Die Massenproduktivität wird verbessert; die Entwicklungsdauer des Fahrzeugs kann verkürzt werden; und auch nachdem das Fahrzeug, das das Lenkwinkelkorrektursystem der Erfindung enthält, auf den Markt gebracht worden ist, braucht es weniger Zeit für die Schulung eines Fahrzeugservicetechnikers oder dgl., und das Reparatursystem kann vereinfacht werden. Zusätzlich ergeben sich die folgenden Vorteile für einen Teilehersteller: Bei der Bestellung der verschiedenen Spezifikationen von unterschiedlichen Fahrzeugherstellern ist die Entwicklungsdauer kurz, und die Lieferungszeitgrenze ist verkürzt, weil der Lenkmechanismus 30&sub2; in dem gleichen Prinzip ausgestaltet werden kann.
Ferner verstärkt die Lenkvorrichtung 8 das Eingangsdrehmoment von dem Lenkrad 5 mit einem Gangverhältnis von etwa 15 bis 20 und gibt dieses aus. Wenn der Lenkmechanismus 30&sub2; näher an dem Vorderrad 7 als an der Lenkvorrichtung 8 angebracht ist, muss der Lenkmechanismus 30&sub2; ein starkes Verstärküngsdrehmoment aushalten, und daher nehmen Größe und Gewicht zu. Nach dieser Ausführung der vorliegenden Erfindung kann jedoch der Lenkmechanismus 30&sub2; klein und leicht sein, weil er zwischen dem Lenkrad 5 und der Säule 6 angebracht ist.
Aufgrund der Tatsache, dass der Lenkmechanismus 30&sub2; in der Position angeordnet ist, in der er das Ausbreiten und Entfalten des Airbags 20 des an dem Lenkrad 5 angebrachten Airbagmoduls 18 nicht behindert, kann darüber hinaus der Lenkmechanismus 30&sub2; innerhalb des Lenkrads 5 angeordnet werden, das auch als Stoßabsorptionsvorrichtung dient, um die Beschädigung eines Insassen bei einer Kollision des Fahrzeugs zu lindern, derart, dass das Lenkrad 5 den Betrieb des Airbagmoduls 18, das ein Sicherheitssystem ist, nicht behindert.
Ferner stellen der Servomotor 31, der erste Untersetzermechanismus 32, der zweite Untersetzermechanismus 33 und die Ausgangswelle, die den Lenkmechanismus 302 darstellen, die direkte Kupplungsvorrichtung dar, die in der Lage ist, den Antrieb der Säule 6 von seitens des Lenkrads 5 während Nichtbetriebs des Servomotors 31 direkt anzutreiben. Wenn sich der Servomotor in einem Fehlerzustand befindet, kann daher die Säule 6 direkt von dem Lenkrad 5 angetrieben werden, was zu Sicherheit führt. Ferner wird das mit dem Servomotor 31 verbundene Schneckenzahnrad 41 mit dem Begrenzungsabschnitt 36a und 36b der Gehäusehälfte 36 in Eingriff gebracht, wodurch der Arbeitsbereich des Schneckenzahnrads 41 begrenzt ist. Auch dies stellt sicher, dass die Säule 6 direkt von dem Lenkrad 5 angetrieben werden kann, was zu Sicherheit führt. Ferner lässt sich verhindern, dass ein Überstrom zu dem Servomotor 31 fließt, indem die Energiezufuhr zu dem Servomotor 31 durch die Schalter 47 und 48 unterbrochen wird, unmittelbar bevor das Schneckenzahnrad 41 in Eingriff mit den Begrenzungsabschnitten 36a und 36b des Gehäuses 36 gebracht wird.
Noch weiter kann durch die Tatsache, dass der Codierer 51 zum Erfassen des Betrags relativer Drehverlagerung des Lenkrads 5 relativ zu der Säule 6 innerhalb der hohlen Ausgangswelle 34 untergebracht ist, die eine Komponente des Lenkmechanismus 30&sub2; ist, der Codierer 51 sinnvoll in einem engen Raum innerhalb des Lenkrads 5 angeordnet werden.
In jeder der ersten und zweiten Ausführungen ist die Struktur dargestellt worden, in der der Lenkmechanismus 30&sub1;, 30&sub2; innerhalb des Lenkrads 5 untergebracht ist. Es versteht sich, dass alternativ, wie sich aus der Beschreibung in den ersten und zweiten Ausführungen ergibt, der Lenkmechanismus an irgendeiner Stelle zwischen dem Griffabschnitt 5a des Lenkrads 5 und der Lenkvorrichtung 8 angeordnet werden kann.
Daher ist in einer in den Fig. 11 und 12 gezeigten dritten Ausführung ein Lenkmechanismus 30&sub3;, der einen Servomotor 31 und einen Untersetzer 84 ohne volle Sperrfunktion enthält, an einem Mittelabschnitt der Säule 6 angeordnet. Die Säule 6 umfasst einen Säulenabschnitt 6~ benachbart dem Lenkrad 5 sowie eine Säule 62 benachbart der Lenkvorrichtung 8. Der Lenkmechanismus 30&sub3; ist fest innerhalb eines Gehäuses 85 untergebracht, das an dem dem Lenkrad 5 benachbarten Säulenabschnitt 6&sub1; gesichert ist, und der der Lenkvorrichtung 8 benachbarte Säulenabschnitt 6&sub2; ist koaxial mit einem Ausgangsende des Untersetzers 84 verbunden. Eine scheibenartige Eingriffsplatte 86 ist an dem Säulenabschnitt 6&sub2; gesichert, und Eingriffsvorsprünge 88, 88 stehen an dem Gehäuse 85 vor und können in Sperrvertiefungen 87, 87 eingreifen, die beispielsweise an zwei Stellen um einen Außenumfang der Eingriffsplatte 86 herum vorgesehen sind. Diese Struktur stellt einen Totgangmechanismus dar. Der Säulenabschnitt 62 und das Gehäuse 85, nämlich der Lenkmechanismus 303, sind relativ zueinander in einem Bereich drehbar, in dem die Eingriffsvorsprünge 88, 88 innerhalb der Sperrvertiefungen 87, 87 arbeiten können.
Wenn nach der dritten Ausführung die Energiezufuhr zu dem Servomotor 31 stoppt, wird kein wesentliches Lenken erzeugt, auch wenn das Lenkrad 5 in einem Spielbereich gelenkt wird, der durch den Totgangmechanismus zugelassen wird.
In dem Gebiet der Robotertechnik ist jedoch eine Kupplung entwickelt worden, die geeignet ist, um beim Stoppen der Energiezufuhr automatisch in Eingriff gebracht zu werden. Wenn die Kupplung parallel zu dem Servomotor 31 angeordnet ist, erfolgt der Eingriff der Kupplung gleichzeitig mit dem Stopp der Stromversorgung, sodass ein vom Fahrer beabsichtigtes Lenken erreicht werden kann. Diese Kupplung stellt keinen wichtigen Teil der vorliegenden Erfindung dar und ist im Gebiet der Robotertechnik offenkundig vorbenutzt worden. Daher wird die detaillierte Beschreibung der Kupplung nicht weggelassen.
Die Grundkonstruktion der dritten Ausführung unterscheidet sich von denen in den vorher beschriebenen ersten und zweiten Ausführungen nicht und ist in Funktion und Wirkung jenen der ersten und zweiten Ausführungen ähnlich.
Die Fig. 13 bis 16 zeigen eine vierte Ausführung. Zuerst ist, wie in Fig. 13 gezeigt, ein Lenkmechanismus 30&sub4; mit einem Mittelabschnitt einer Säule 6 verbunden. Der Lenkmechanismus 30&sub4; enthält einen Vorspannmotor 92, der an der Fahrzeugkarosserie fixiert ist, eine Antriebsscheibe 93, die am Ausgangsende des Vorspannmotors 92 fixiert ist, eine Folgerscheibe 94, die an dem Mittelabschnitt der Säule 6 fixiert ist, sowie einen Riemen 95, der um beide Scheiben 93 und 94 herum gelegt ist, sodass ein Ausgangsdrehmoment von dem Vorspannmotor 92 auf die Säule 6 übertragen wird. Der Drehbetrag 6B des Vorspannmotors 92 wird von dem Codierer 94 erfasst. Ein Lenkmechanismus 30&sub1; oder 30&sub2; (in Fig. 13 nicht gezeigt), der dem in der ersten oder zweiten Ausführung vorgesehenen ähnlich ist, ist innerhalb des Lenkrads 5 untergebracht und dient als Relativwinkeländerungsmittel, das in der Lage ist, den Relativwinkel des Lenkrads 5 relativ zu der Lenkvorrichtung 8 zu ändern. Daher sind in der vierten Ausführung die zwei Motoren 31 und 92 zu dem Zweck vorhanden, den Lenkwinkel zu korrigieren.
In Bezug auf Fig. 14 werden Ausgangssignale von dem Zielkursbestimmungsabschnitt 78, dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 81, dem Gierratensensor 82 und dem Codierer 51 wie in der ersten Ausführung in eine CPU 80&sub2; eingegeben. Auch wird ein Ausgangssignal von dem Codierer 94 in die CPU 80&sub2; eingegeben, und ferner wird eine Ausgabe von einem Drehmomentsensor 91 zum Erfassen eines an das Lenkrad 5 angelegten Lenkdrehmoments τ in die CPU 80&sub2; eingegeben. Es wird nicht nur ein Steuersignal von der CPU 80&sub2; an einen Motorverstärker 83 angelegt, der dem im Lenkrad 5 angebrachten Servomotor 31 einen Antriebsstrom zuführt, sondern es wird auch ein Steuersignal von der CPU 80&sub2; an einen Motorverstärker 96 angelegt, der dem Vorspannmotor 92 einen Antriebsstrom zuführt.
Die CPU 80&sub2; steuert den Betrieb des Servomotors 31 und des Vorspannmotors 92 gemäß einem in den Fig. 15A und 15B gezeigten Programm. In Schritt S200 wird, um eine Stellung des Lenkrads 5 relativ zur Mittelstellung des Totgangmechanismus zu erfassen, der Servomotor 31 langsam gedreht, und die von dem Codierer 51 dann erfassten Werte, wenn die Zunge 73 an den entgegengesetzten Endwandabschnitten des in Fig. 3 gezeigten Schlitztes 74 anliegen, werden gelesen, wodurch die Mittelstellung des Totgangmechanismus durch einen Mittelwert der erfassten Werte bestimmt wird, wie in Fig. 16 gezeigt. Durch diesen Prozess kann die CPU 802 in Echtzeit erkennen, mit welchem Winkel das Lenkrad 5 in Bezug auf die Säule 6 schräg gestellt ist.
Im nächsten Schritt S201 werden die Ausgaben von den Sensoren gelesen. In diesem Fall wird ein Lenkwinkel δ als Gesamtsumme der von den Codierern 94 und 51 erfassten Werte gelesen.
In sich an Schritt S201 anschließenden Schritten S202 bis S209 werden ähnliche Prozesse ausgeführt wie in den Schritten S102 bis S108 in der ersten Ausführung, ausschließlich Schritt S204. In Schritt S210 wird ein Ausgangsdrehmoment θD für den Vorspannmotor 92 berechnet, in dem der Soll-Lenkwinkel δm mit einem geeigneten Stellfaktor KB multipliziert wird.
In Schritt S211 wird ein Sollwert 6D für den Winkelversatz des Servomotors 31 bestimmt, indem das erfasste Lenkdrehmoment τ mit einem geeigneten Stellfaktor KS multipliziert wird, und in Schritt S212 wird ein Ausgangsdrehmoment TS von dem Servomotor 31 derart bestimmt, dass ein Winkel θ gleich dem bestimmten Sollwert θD ist. Dies sorgt für einen Versatz durch einen Winkel, der sich aus der KS-Multiplikation des Eingangslenkdrehmoments τ ergibt, und sorgt insbesondere für einen Motorversatz, der proportional zum Eingangslenkdrehmoment τ ist, wie in Fig. 16 gezeigt. Somit wird der Motorversatz seitlich symmetrisch in Bezug auf einen Neutralpunkt eingerichtet.
Indem diese Steuerung durchgeführt wird, zeigt der den Servomotor 31 enthaltende Lenkmechanismus 30&sub1; eine Art Federfunktion. Eine Technik zur Durchführung eines Federkonzepts mit einer Reaktionskraft in Abhängigkeit vom Hub durch die Steuerung wird in der Robotertechnik Compliance- Steuerung genannt und ist offenkundig vorbenutzt worden.
In Schritt S213 werden die wie oben beschrieben bestimmten Ausgangsdrehmomente TB und Ts an die Motorverstärker 96 und 83 ausgegeben, um den Vorspannmotor 92 und den Servomotor 31 zu betreiben.
Nun werden die Prozesse in Schritt S204 beschrieben. Ein Betrag, der dem an das Lenkrad 5 angelegten Lenkdrehmoment τ proportional ist (um genau zu sein, ein Betrag, der sich aus der Multiplikation des Lenkdrehmoments mit dem geeigneten Steilfaktor KC ergibt), wird nach Wunsch zu der in Schritt S203 berechneten Breitenposition YW des betreffenden Fahrzeugs addiert, wodurch das System irrtümlich bestimmt, dass die resultierende Position die Position des betreffenden Fahrzeugs ist.
Als Ergebnis dieses Prozesses führt das System, welches bestimmt, dass das betreffende Fahrzeug um diesen Betrag in Bezug auf die Fahrbahn abgewichen ist, einen Korrekturvorgang durch, und demzufolge wird dem betreffenden Fahrzeug erlaubt, innerhalb der Fahrbahn auf einem Kurs zu fahren, der um diesen Betrag abgewichen ist. Dieser Effekt wird nachfolgend beschrieben.
Bei dieser vierten Ausführung soll aus der Sicht des Fahrers das Lenkrad 5 entlang einer Kurve der Fahrbahn automatisch um einen geeigneten Winkel gedreht werden. Wenn daher der Fahrer das Lenkrad 5 in einer induzierten Richtung mit seiner Hand lenkt, die leicht auf dem Lenkrad 5 aufliegt, wird natürlich die Fahrt entlang der Krümmung der Fahrbahn realisiert.
Somit bewirkt die Straßenoberflächenreaktionskraft, dass das Lenkrad 5 in der ersten Ausführung in Geradeausfahrrichtung zurückgebracht wird, während in der vierten Ausführung das Lenkrad 5 in der entgegengesetzten Richtung geführt wird. Wenn zusätzlich der Fahrer das allgemeine Lenken durchführt, gibt er in der ersten Ausführung den Lenkwinkel vollständig auf der Basis seiner Erfahrung ein, während in der vierten Ausführung eine für den Fahrer noch bevorzugtere Schnittstelle gebildet werden kann, auch wenn der Winkel dieses allgemeinen Lenkens angedeutet wird.
Wenn der Fahrer, gegen die Andeutung des allgemeinen Lenkwinkels durch seine eigene Absicht, das Fahrzeug in eine benachbarte Fahrbahn fahren möchte, könnte der Fahrer das Lenkrad gegen das induzierte Drehmoment lenken. In diesem Fall wird der Vorspannmotor 92 von dem Ausgangsdrehmoment von selbst umgekehrt angetrieben und wirkt als Generator anstatt als Motor, wobei aber keinerlei Problem entsteht.
Wenn das Lenkrad 5 entsprechend dem induzierten Drehmoment betätigt wird, wird eine Reaktion, die das Lenkrad 5 zu der Mittelstellung zurück bringen will, erzeugt, und wird mit einem der vorliegenden Stellung des Lenkrads 5 entsprechenden Betrag weiter von der Mittelposition entfernt angeordnet. Daher ist es dem Fahrer möglich, in der Mittelstellung der Totbewegung durch die Lenkkraft zu arbeiten, wie in Fig. 16 gezeigt, um hierdurch ein Gefühl zu erhalten, das sich von einem Spiel an der Mittelstellung des Totgangs unterscheidet, das in der ersten Ausführung erfühlt worden ist.
Ferner sind als Ergebnis davon, dass der Fahrer das Lenkrad 5 in der Mittelstellung des Spiels hält, immer gleiche steuerbare Winkel an entgegengesetzten Seiten der Stellposition des Lenkrads 5, aus Sicht des automatischen Lenksystems, vorbereitet, um hierdurch für ein Ergebnis zu sorgen, das für die Steuerung bevorzugt ist.
Noch weiter wird die gegenwärtige Position des Fahrzeugs als eine Position, die von der Ist-Position ein wenig abgewichen ist, entsprechend der ausgeübten Lenkkraft τ bearbeitet, und daher kann die Fahrzeugposition in derselben Fahrbahn innerhalb des Zielkurses leicht geändert werden. Diese Funktion ist vorteilhaft, denn wenn der Fahrer das Fahrzeug auf einen leicht nach rechts versetzten Kurs innerhalb der Fahrbahn fahren möchte, wenn ein kleines Objekt auf die Fahrbahn gefallen ist, das von dem Reifen nicht überfahren werden soll, oder wenn ein Straßenbaufahrzeug auf der Straßenschulter parkt, kann die vom Fahrer gewünschte Fahrt leicht realisiert werden, indem er ein leichtes Drehmoment an das Lenkrad 5 anlegt. Wenn ein Eingangsdrehmoment angelegt wird, verhält sich darüber hinaus das Fahrzeug geradeausfahrend, und daher kann das oben beschriebene Spiel nicht tatsächlich von dem Fahrer in Kooperation mit der Wirkung der oben beschriebenen virtuellen Feder eingenommen werden.
In den hierin offenbarten Beispielen ändert sich der Zielkurs entsprechend dem Lenkdrehmoment, wobei aber, wenn der Winkelversatz zwischen dem Griffabschnitt 5a des Lenkrads 5 und der Lenkvorrichtung 8 anstelle des Lenkdrehmoments verwendet wird, ein ähnlicher Effekt erhalten werden kann. Dies deswegen, weil der Versatz und die Kraft in dem Federsystem in einer starken gegenseitigen Relation verbunden sind. In dieser Ausführung kann der Drehwinkel des in dem Lenkrad 5 untergebrachten Servomotors 31 genutzt werden.
Auch in der vierten Ausführung kann die automatische Korrektur des Lenkwinkels entgegen einer externen Störung, wie etwa Seitenwind, während der Fahrt des Fahrzeugs ausgeführt werden, und daher wird die Mühe des Korrekturvorgangs des Fahrers um die Hälfte reduziert. Zusätzlich wird der vom Menschen ausgeführte Lenkbetrag angedeutet, und daher ist die Differenz zwischen dem vom Menschen ausgeführten Lenkbetrag und dem Soll-Lenkbetrag in dem System kleiner. Somit können Größe und Gewicht des Servomotors 31 innerhalb des Lenkrads 5, im Vergleich zur dritten Ausführung, weiter reduziert werden.
Um das Merkmal der vierten Ausführung in Bezug auf die Größe und Gewichtsminderung des Motors weiter herauszustellen, wird z. B. vorgeschlagen, dass die Lenkabsicht des Menschen und der in dem System bestimmte Lenkwinkel voneinander stark unterschiedlich sind, und zwar unabhängig davon, dass eine derart exzellente Induktion der Lenkung durchgeführt wird. Der Leistungsmangel des Motors bedeutet, dass die Korrektur des Motors die Absicht des Menschen nicht überwinden kann, sondern es anfänglich notwendig ist, zu überlegen, warum ein so großer Unterschied zwischen dem vom Menschen beabsichtigten Drehmoment und dem Systemdrehmoment erzeugt wird. In diesem Fall wünscht der Mensch, von einem höheren Standpunkt aus, etwas, was sich von dem Einhalten der Fahrbahn unterscheidet, beispielsweise die Tatsache, dass er die Fahrbahn wechselt, oder die Tatsache, dass er eine Autobahn verlässt. Dies ist im Hinblick auf ein intrinsisches Ziel vernünftig, dass die Lenkabsicht eines Menschen die Lenkwinkelkorrekturvorrichtung überläuft, und daher keine Gefahr besteht.
Die vierte Ausführung ist für den Fall beschrieben worden, wo die Ausgabe von dem Vorspannmotor 92 durch den Riemen 95 auf die Säule übertragen wird. Der Mechanismus zum Ausüben des Drehmoments auf das Lenksystem braucht nicht auf eine solche Konstruktion beschränkt zu sein, und das Vorspanndrehmoment kann erzeugt werden, indem nur der herkömmliche interne hydraulische Servolenkmechanismus oder das Steuerprogramm der elektrischen Servolenkung geändert wird.
In der vierten Ausführung wird eine Fehlerkennungstechnik verwendet, um den Fahrkurs um einen sehr kleinen Betrag zu versetzen, wobei aber der Kursversatz anderweitig durch den Versatz des Zielpunktes realisiert werden kann. Eine solche Technik wird anhand der in den Fig. 17A und 17B gezeigten fünften Ausführung beschrieben.
Die fünfte Ausführung unterscheidet sich von der vierten Ausführung nur in Bezug auf einen in den Fig. 17A und 17B gezeigten Steueralgorithmus, und die anderen Konstruktionen sind die gleichen wie in der vierten Ausführung.
In den Schritten S300 bis S304 werden die gleichen Prozesse wie die Schritte S200 bis 203 und S205 in der in den Fig. 15A und 15B gezeigten vierten Ausführung ausgeführt. In Schritt S305 wird der Zielpunkt P in Y- Achsenrichtung um KC · τ nach rechts bewegt, und der resultierende Punkt wird als neuer Zielpunkt definiert, und es geht von Schritt S306 weiter. Die Prozesse der Schritte 5306 bis S313 sind die gleichen wie die Schritte S206 bis S213 der in den Fig. 15A und 15B gezeigten vierten Ausführung.
Wenn nach der fünften Ausführung ein Objekt, das von dem Reifen nicht überfahren werden soll, auf einer Straße liegt, während das Fahrzeug auf dem Mittelabschnitt einer Fahrbahn fährt, kann der Fahrkurs leicht um einen sehr kleinen Betrag geändert werden, wie in der vierten Ausführung.
Zusätzlich zu jenen der vierten und fünften Ausführung können viele Techniken berücksichtigt werden, um den Zielkurs um einen sehr kleinen Betrag zu versetzen, und z. B. kann ein solcher Versatz auch realisiert werden, indem eine in dem Bildbearbeitungsabschnitt 76 erfasste Position der weißen Linie um einen sehr kleinen Betrag nach links oder rechts versetzt wird. Und es können durch die oben beschriebenen Ausführungen viele Techniken verwendet werden, um den Versatz leicht zu erreichen.
Fig. 18 stellt eine sechste Ausführung dar. In der sechsten Ausführung ist die Konstruktion innerhalb des Lenkrads 5 in der vierten Ausführung weiter vereinfacht, um die Produktivität zu verbessern. Die Innenstruktur des Lenkrads in der vierten Ausführung realisiert demzufolge eine Kombination der Feder und des Dämpfers, und im Hinblick auf diese Tatsache sind diese Feder- und Dämpfereffekte durch eine mechanische Feder 100 und einen Dämpfer 102 ersetzt.
Insbesondere ist ein im Wesentlichen H-förmiger Hebel 104 an der Säule 6 fixiert. Dieser Hebel 104 und das Lenkrad 5 sind durch ein Lager 106 relativ zueinander drehbar verbunden, und die Feder 100 und der Dämpfer 102 sind jeweils zwischen Speichenabschnitten 5b, 5b des Lenkrads 5 und dem Hebel 104 angebracht.
Die Speichenabschnitte 5b, 5b sind zur Anlage gegen die Wände 104a, 104a ausgelegt, die an dem Hebel 104 vorgesehen sind, wenn das Lenkrad 5 um einen vorbestimmten Betrag (z. B. 100 Grad) gedreht wird, wodurch von dem Hebel 104 auf die Säule 6 eine Lenkkraft übertragen wird.
Ein Vorspannmotor 92 zum Antrieb der Säule 6 ist wie in der vierten Ausführung vorgesehen.
Nach der sechsten Ausführung können eine Funktion und ein Effekt ähnlich jenen in der vierten Ausführung erreicht werden, und ferner können die Feder und der Dämpfer mit geringem Gewicht und niedrigen Kosten hergestellt werden, was, im Vergleich zur vierten Ausführung, zu einer hohen Zuverlässigkeit führt.
Insbesondere ist ein Vorteil darin, dass der Platz innerhalb des Lenkrads 5 merklich eingespart wird und daher der Konflikt zwischen der Vorrichtung innerhalb des Lenkrads 5, wie etwa dem Airbag, und dem Platz kaum auftritt.
Andererseits ist es nicht zu verleugnen, dass beim Einrichten der Federcharakteristik deren Konstruktionsfreiheitsgrad beschränkt ist. Wenn die Steuerung in den Fig. 15A und 15B in einem Fall gestoppt wird, in dem kein Mechanismus, wie etwa eine Kupplung, angebracht ist, wird die Steifigkeit um einen Betrag entsprechend der Elastizität der Feder 100 reduziert, und daher ist es erforderlich, eine Steifigkeitsverteilung des gesamten Lenksystems einschließlich eines Gummilagers auszugestalten.
Wenn irgendeine Schwierigkeit in der Hardware oder der Software des Lenkwinkelkorrektursystems entsteht, ist der Maximalwert der Relativbewegung durch einen mechanischen Anschlag beschränkt, der die Wand 104a, 104a des Hebels 104 und die Speichenabschnitte 5b, 5b umfasst. Somit kann, auch wenn eine Schwierigkeit entstehen sollte, durch manuelles Lenken einem Hindernis ausgewichen werden.
Fig. 19 stellt eine siebte Ausführung dar. In dieser siebten Ausführung sind mehrere Gummis 110 zwischen dem Lenkrad 5 und der Säule 6 anstatt der Kombination der Feder 100 und des Dämpfers 102 in der sechsten Ausführung angebracht. Um den Betrag der Relativdrehung zwischen dem Lenkrad 5 und der Säule 6 zu begrenzen, sind die Begrenzungsgummis 112 an dem Lenkrad 5 gesichert und sind innerhalb einer in der Säule 6 vorgesehenen Begrenzungsvertiefung 4 aufgenommen.
Die Gummis 110 haben eine Elastizität und haben auch einen inneren Widerstand, der in Bezug auf den Versatz eine Hysterese zeigt, was gut bekannt ist. Die Gummis 110 erfüllen eine Funktion, die jener einer Art Dämpfer äquivalent ist.
Nach der siebten Ausführung sind ein Lagermechanismus zwischen dem Lenkrad 5 und der Säule 6, die in der sechsten Ausführung erforderlich sind, durch das Vorsehen der Gummis 110 zwischen dem Lenkrad 5 und der Säule 6 nicht erforderlich.
Obwohl die Ausführungen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurde, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungen beschränkt ist und zahlreiche Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der in den Ansprchen definierten Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise ist die Lenkvorrichtung 8 nicht auf die Zahnstangen- und Ritzelbauart beschränkt und kann eine Servolenkvorrichtung und eine manuelle Lenkvorrichtung sein. Der in der vierten Ausführung dargestellte Vorspannmotor 92 ist nicht notwendigerweise kritisch, und wenn die Lenkvorrichtung 8 eine Servolenkvorrichtung ist, kann der Vorspannmotor 92 durch eine Antriebskrafterzeugungsvorrichtung ersetzt werden, die die Servolenkvorrichtung intrinsisch aufweist. Beispielsweise kann in einer elektrischen Servolenkvorrichtung die Korrektur des Lenkwinkels realisiert werden, indem die Steuerungssoftware der elektrischen Servolenkvorrichtung geändert wird.
In jeder der Ausführungen wird die CCD-Kamera 75 verwendet, um die Information der vor dem Fahrzeug liegenden Fahrbahn zu erfassen, wobei aber das Informationsaufnahmemittel nicht auf die Kamera 75 beschränkt ist, und die Information der vor dem Fahrzeug liegenden Fahrbahn auch durch irgendeine andere Technik erfasst werden kann. Beispielsweise ist kürzlich ein Versuch vorgeschlagen worden, das Fahrzeug in Abhängigkeit von einer in einer Straße eingebetteten magnetischen Markierung innerhalb einer Fahrbahn zu fahren. Wenn Navigationsinformation realisiert wird, die genauer ist als in der gegenwärtigen Technik, kann darüber hinaus anstatt der Information der CCD-Kamera 75 eine solche Information verwendet werden.

Claims

1. Lenkwinkelkorrektursystem in einem Fahrzeug, umfassend:

ein erstes Erfassungsmittel (75, 76) zum Erfassen eines Fahrbahnzustands einer vor dem Fahrzeug liegenden Straße, auf der das Fahrzeug fährt;

ein zweites Erfassungsmittel (77, 78) zum Erfassen einer Beziehung einer gegenwärtigen Position des betreffenden Fahrzeugs zu der Straßenfahrbahn des betreffenden Fahrzeugs;

ein Lenkbetragberechnungsmittel (80&sub1;) zum Berechnen eines Lenkbetrags (δm), der zum Einhalten einer gewünschten Beziehung der Position des betreffenden Fahrzeugs zu der vor dem betreffenden Fahrzeug liegenden Straßenfahrbahn erforderlich ist, aus Ausgaben des ersten und des zweiten Erfassungsmittels;

ein Lenkbetragerfassungsmittel (52) zum Erfassen eines gegenwärtigen Lenkbetrags (δ); und

ein Antriebsmittel (30&sub1;; 30&sub2;; 30&sub3;) zum Antrieb einer Lenkvorrichtung (8) derart, dass die Differenz zwischen einem in dem Lenkbetragberechnungsmittel berechneten Lenkbetrag (δm) und einem von dem Lenkbetragerfassungsmittel erfassten Lenkbetrag (δ) abnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel (30&sub1; 30&sub2;; 30&sub3;) zwischen einem Griffabschnitt (5a) eines Lenkrads (5) und der Lenkvorrichtung (8) angebracht ist.

2. Lenkwinkelkorrektursystem in einem Fahrzeug nach Anspruch 1, worin das Antriebsmittel (30&sub1;; 30&sub2;; 30&sub3;) angeordnet ist, um die Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Griffabschnitt des Lenkrads (5) und der Lenkvorrichtung (8) in einem Betriebszustand des Antriebsmittels zu erlauben, jedoch die Relativbewegung in einem Außerbetriebszustand des Antriebsmittels zu verhindern.

3. Lenkwinkelkorrektursystem in einem Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, worin das Antriebsmittel (30&sub1;; 30&sub2;; 30&sub3;) in seinem Antriebskraftübertragungsweg mit einem irreversiblen Übertragungsmittel versehen ist, um die Kraftübertragung von seitens der Lenkvorrichtung (8) zu verhindern.

4. Lenkwinkelkorrektursystem in einem Fahrzeug nach Anspruch 2 oder 3, worin das Lenkbetragberechnungsmittel (80&sub1;) angeordnet ist, um das Antriebsmittel (30&sub1;; 30&sub2;; 30&sub3;) in einer Richtung zum Verkleinern eines relativen Winkels zwischen dem Griffabschnitt des Lenkrads (5) und der Lenkvorrichtung (8) gemäß dem Versatz des relativen Winkels von einem Referenzwert des relativen Winkels zu betreiben.

5. Lenkwinkelkorrektursystem in einem Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Betrieb des Antriebsmittels (30&sub1;; 30&sub2;; 30&sub3;) gestoppt wird, wenn auf der Basis einer Ausgabe von dem zweiten Erfassungsmittel (77, 78) bestimmt wird, dass das Fahrzeug die Fahrbahn gewechselt hat.

6. Lenkwinkelkorrektursystem in einem Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Antriebsmittel (30&sub1;; 30&sub2;; 30&sub3;) in einer solchen Richtung betätigt wird, dass die Lenkvorrichtung (8) zu einem vorbestimmten Winkel ausgerichtet wird, wenn auf der Basis einer Ausgabe von dem zweiten Erfassungsmittel (77, 78) bestimmt wird, dass das Fahrzeug die Fahrbahn gewechselt hat.

7. Lenkwinkelkorrektursystem in einem Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner ein mechanisches Begrenzungsmittel (73, 74) umfasst, um die Relativbewegung zwischen dem Griffabschnitt des Lenkrads (5) und der Lenkvorrichtung (8) auf einen vorbestimmten Winkelbereich zu begrenzen.