DE69932492T2

DE69932492T2 - Lenkeinrichtung

Info

Publication number: DE69932492T2
Application number: DE69932492T
Authority: DE
Inventors: c/o Toyota Jidosha K.K. Nobuyoshi Toyota-shi Sugitani; c/o Toyota Jidosha K.K. Hiroshi Toyota-shi Kawaguchi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2019-12-25
Also published as: JP3525429B2; US6239568B1; EP1013536A3; EP1013536B1; JP2000238654A; DE69932492D1; EP1013536A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lenkungssteuerungsvorrichtung, welche eine Steuerung einer Lenkungsrückwirkkraft ausführt, die die in dem Oberbegriff von Anspruch 1 abgegrenzten Merkmale aufweist und z.B. aus dem Dokument EP 0538836A bekannt ist.
Bemerkungen zum Stand der Technik
Ein herkömmlich bekanntes Beispiel einer Vorrichtung für die Steuerung der Lenkungsrückwirkkraft ist ein sogenanntes Servolenksystem, in welchem eine durch eine Antriebskraft eines Elektromotors oder durch einen Öldruck erzeugte Unterstützungskraft während des Lenkvorgangs entsprechend einem erfaßten Lenkmoment auf ein Lenksystem ausgeübt wird. In diesem Fall nimmt die Lenkungsrückwirkkraft mit ansteigender Unterstützungskraft ab, wohingegen die Lenkungsrückwirkkraft mit abnehmender Unterstützungskraft zunimmt (Dokument JP Sho63-306872 usw.).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt eine Beziehung zwischen dem Lenkradwinkel θ des Lenkrads und einer Lenkungsrückwirkkraft MT, die auf das Lenkrad einwirkt. Die in 1 dargestellte Kennlinie von Lenkradwinkel θ gegen Lenkungsrückwirkkraft MT ist das Ergebnis einer Erfassung, in welcher ein mit dem Servolenksystem ausgestattetes Fahrzeug auf einem Slalomkurs gesteuert wurde, um den Lenkradwinkel θ sinusförmig zu verändern, und in welcher eine Veränderung der Lenkungsrückwirkkraft aus diesem Grund erfaßt wurde. In der Figur stellt eine durch eine durchgezogene Linie gekennzeichnete Kennlinienkurve das Ergebnis der Erfassung, bei welcher das Fahrzeug mit einer mittleren Geschwindigkeit gesteuert wurde, und eine durch eine Strichlinie gekennzeichnete Kennlinienkurve das Ergebnis der Erfassung, bei welcher das Fahrzeug mit einer hohen Geschwindigkeit gesteuert wurde, dar.
Es tritt ein Phasenunterschied zwischen dem Lenkradwinkel θ und der Lenkungsrückwirkkraft MT auf, und die Phase der Lenkungsrückwirkkraft eilt dem Lenkradwinkel θ voraus. Deshalb sind die zwei Kennlinienkurven Lissajous-Schleifen, welche nach oben konvex sind. Bei den Hysteresebreiten dieser Lissajous-Schleifen ist die Hysteresebreite bei hoher Geschwindigkeit kleiner ist als die bei mittlerer Geschwindigkeit, und insbesondere ist nahe der neutralen Lage des Lenkwinkels (nahe dem Lenkradwinkel θ = 0) die Hysteresebreite wh bei hoher Geschwindigkeit beträchtlich kleiner als die Hysteresebreite wm bei mittlerer Geschwindigkeit.
Um eine feste Fahrrichtung des Fahrzeugs beizubehalten, muß der Fahrer fortfahren, die Kräfte an dem Lenkrad unverändert zu belassen, um einen festen Lenkradwinkel beizubehalten. Das ist in der Praxis jedoch nicht leicht, wie erfahrungsgemäß bekannt ist. Selbst wenn eine kleine Veränderung in einem Gleichgewicht der Haltekräfte auftritt oder selbst wenn eine äußere Kraft von den Straßenrädern auf das Lenkrad ausgeübt wird, um die Lenkungsrückwirkkraft leicht zu verändern, wird das Lenkrad den gleichen Lenkradwinkel beibehalten, solange eine solche Veränderung der Kraft innerhalb des Ausmaßes der Hysterese, wie dargestellt, liegt. Mit anderen Worten, wenn die Hysteresebreite klein ist, werden kleine Veränderungen der Lenkkraft oder der äußeren Kraft als Veränderung des Lenkradwinkels θ erscheinen. Deshalb reagiert, wenn die Hysteresebreite bei höherer Geschwindigkeit, wie in 1 dargestellt ist, kleiner wird, der Lenkradwinkel θ empfindlich auf eine selbst kleine Veränderung der Lenkkraft oder der äußeren Kraft, so daß sich das Lenkgefühl in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit verändert.
Die Hysteresebreite kann durch Verbessern der Unnachgiebigkeit der Kraftübertragung zwischen dem Lenkrad und den Reifen (den gelenkten Straßenrädern) erhöht werden, aber in diesem Fall wird eine größere Vibration von der Straßenoberfläche auf die Fahrzeugkarosserie übertragen, was die Fahrqualität des Fahrzeugs verschlechtert.
Die vorliegende Erfindung wurde geschaffen, um das vorstehend beschriebene Problem zu lösen, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Lenkungssteuerungsvorrichtung bereitzustellen, die zum Einstellen der Hysteresebreite der Kennlinie von Lenkradwinkel gegen Lenkungsrückwirkkraft ohne Verwendung von mechanischen Verfahren, was die Fahrqualität beeinträchtigen könnte, in der Lage ist.
Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch eine Lenkungssteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 erreicht.
Hierbei wirkt die Antriebskraft eines Aktors, der auf das Lenkrad einwirkt, zusätzlich zu der Reibungskraft des Lenksystems und der äußeren Kraft von den Straßenrädern. Die Reibungskraft des Lenksystems und die äußere Kraft von den Straßenrädern sind die ursprünglichen Komponenten der Lenkungsrückwirkkraft. Eine resultierende Kraft dieser Kräfte wirkt als eine Lenkungsrückwirkkraft auf das Lenkrad ein. Dementsprechend kann die Phase dieser Lenkungsrückwirkkraft durch Steuerung der Antriebskraft des Aktors verändert werden. Eine Phasensteuerungsvorrichtung steuert durch Steuerung des Antriebs des Aktors die Phase der Lenkungsrückwirkkraft, die auf das Lenkrad einwirkt.
Die vorliegende Erfindung wird klarer aus der hier nachstehend gegebenen ausführlichen Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, die lediglich der Erläuterung dienen und folglich nicht als für die vorliegende Erfindung einschränkend anzusehen sind.
Der weitere Bereich für die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung wird aus der nachstehend gegebenen ausführlichen Beschreibung deutlich. Es sollte jedoch klar sein, daß die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele, während die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung aufgezeigt werden, lediglich der Erläuterung dienen, da vielfältige Veränderungen und Abwandlungen innerhalb des Rahmens der Erfindung dem Fachmann aus dieser ausführlichen Beschreibung deutlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Kennlinien von Lenkradwinkel θ gegen Lenkungsrückwirkkraft MT bei mittlerer und hoher Geschwindigkeit,
2 zeigt ein Diagramm zur schematischen Darstellung des Lenksystems von dem Lenkrad bis hin zu den gelenkten Straßenrädern und zur Darstellung einer Veränderungsrichtung des Lenkradwinkels θ und von dementsprechenden Veränderungsrichtungen der Lenkungsrückwirkkraft MT, der Querbeschleunigung LA und der Gierung Yr,
3 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Kennlinie von Lenkradwinkel θ gegen Reibungskraft Tm,
4 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Kennlinien von Lenkradwinkel θ gegen Reifenrückwirkkraft Tsat bei hoher Geschwindigkeit und bei niedriger Geschwindigkeit,
5 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Kennlinie zwischen der resultierenden Rückwirkkraft (Tm + Tsat) und dem Lenkradwinkel θ,
6 zeigt ein Diagramm zur Darstellung von zeitlichen Veränderungskurven von Erfassungsergebnissen usw. bei mittlerer Geschwindigkeit,
7 zeigt ein Diagramm zur Darstellung von zeitlichen Veränderungskurven von Erfassungsergebnissen usw. bei hoher Geschwindigkeit,
8 zeigt ein Diagramm zur Darstellung von zeitlichen Veränderungskurven von Erfassungsergebnissen usw.,
9 zeigt ein Diagramm von Lissajous-Schleifen zur Darstellung der Phasenunterschiede zwischen dem Lenkradwinkel θ und jeder Größe,
10 zeigt ein Diagramm zur schematischen Darstellung des Aufbaus einer Lenkungssteuerungsvorrichtung,
11 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Steuerungsablaufs einer Ansteuereinheit,
12 zeigt ein Kennfeld, um die Beziehung von Steuerstrom Ips gegen Gesamtbelastung Mtt und Fahrzeuggeschwindigkeit V anzugeben,
13 zeigt ein Kennfeld, um die Beziehung von Steuerbetrag Ima gegen Lenkradwinkel θ und Fahrzeuggeschwindigkeit V anzugeben,
14 zeigt ein Diagramm zur Darstellung von zeitlichen Veränderungskurvenkurven von Erfassungsergebnissen usw.,
15 zeigt ein Diagramm von Lissajous-Schleifen zur Darstellung von Phasenunterschieden zwischen dem Lenkradwinkel θ und jeder Größe,
16 zeigt ein Diagramm zur Darstellung von zeitlichen Veränderungskurven von Erfassungsergebnissen usw.,
17 zeigt ein Diagramm von Lissajous-Schleifen zur Darstellung von Phasenunterschieden zwischen dem Lenkradwinkel θ und jeder Größe,
18 zeigt ein Diagramm von Lissajous-Schleifen zur Dar stellung von Phasenunterschieden zwischen dem Lenkradwinkel θ und der Lenkungsrückwirkkraft MT,
19 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung des Steuerungsablaufs der Ansteuereinheit entsprechend einer anderen Ausführungsform,
20 zeigt ein Kennfeld zum Angeben der Beziehung zwischen Fahrzeuggeschwindigkeit V und Koeffizient Kla,
21 zeigt ein Kennfeld zum Angeben der Beziehung zwischen Lenkwinkel θ und Steuerungsgröße Ima entsprechend einer Fahrzeuggeschwindigkeit V,
22 zeigt eine Zeichnung eines Längsschnitts zur Darstellung eines Lenkgetriebes vom Zahnstangentyp,
23 zeigt ein Kennfeld zum Angeben einer Beziehung zwischen Fahrzeuggeschwindigkeit V und Öldruck,
24 zeigt ein Kennliniendiagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen Lenkradwinkel θ und variabler Reibungskraft Tmσ1 des Lenksystems,
25 zeigt ein Kennfeld zum Angeben der Beziehung zwischen Differentialterm |dLA/dt| der Querbeschleunigung und Öldruck,
26 zeigt ein Kennliniendiagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen Lenkradwinkel θ und variabler Reibungskraft Tmσ2 des Lenksystems,
27 zeigt ein Kennliniendiagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen Lenkradwinkel θ und Reibungskraft Tm des Lenksystems, in dem die variable Reibungskraft Tmσ2 wirkt,
28 zeigt ein Kennliniendiagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen Lenkradwinkel θ und Reibungskraft Tm des Lenksystems,
29A zeigt ein Kennliniendiagramm zur Darstellung einer Kennlinie von Lenkradwinkel θ gegen Lenkungsrückwirkkraft MT bei hoher Geschwindigkeit,
29B zeigt ein Kennliniendiagramm von Lenkradwinkel θ gegen Lenkungsrückwirkkraft MT zur Darstellung einer Veränderung, die auftritt, wenn die Reibungskraft des Lenksystems gesteuert wird,
30A zeigt ein Kennliniendiagramm zur Darstellung einer Kennlinie von Lenkwinkel θ gegen Lenkungsrückwirkkraft MT bei geringer Geschwindigkeit,
30B zeigt ein Kennliniendiagramm von Lenkradwinkel θ gegen Lenkungsrückwirkkraft MT zur Darstellung einer Veränderung, die auftritt, wenn die Reibungskraft des Lenksystems gesteuert wird,
31A zeigt ein Schema des Aufbaus zur Darstellung einer Reibungssteuerungsvorrichtung des Lenksystems, welches eine Servolenkvorrichtung eines hydraulischen Typs verwendet,
31B zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A in 31A,
31C zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie B-B in 31A,
32 zeigt ein Kennfeld zum Angeben der Beziehung zwischen Fahrzeuggeschwindigkeit V und Steuerstrom Iv eines Magnetventils,
33 zeigt ein Kennfeld zur Darstellung der Beziehung zwischen Steuerstrom Iv des Magnetventils und der Öffnungsfläche eines Strömungsteilungsventils, und
34 zeigt ein erläuterndes Diagramm zur schematischen Darstellung einer Reibungsausübungsvorrichtung, welche mit einer Lenkeinrichtung kompatibel ist, zum Steuern der Lenkungsrückwirkkraft durch einen Rückwirkmotor.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Als erstes wird die Erscheinung der Veränderung der Hysteresebreite der Kennlinie von Lenkradwinkel gegen Lenkungsrückwirkkraft beschrieben.
Wie in 2 dargestellt ist, ist das Lenkrad 1 über eine Lenkwelle 2 mit einer Achswelle 3 verbunden, und die gelenkten Straßenräder 4 sind mit beiden Enden der Achswelle 3 verbunden. Die Achswelle 3 ist mit einem Unterstützungsmotor 5 zum Erzeugen der Unterstützungskraft ausgerüstet. Der Unterstützungsmotor 5 wird angetrieben, um die Achswelle 3 zu verschieben.
Nachstehend werden Kraftkomponenten der Lenkungsrückwirkkraft MT beschrieben.
Wenn der Fahrer eine Lenkkraft auf das Lenkrad 1 ausübt, um es zu drehen, veranlaßt diese Kraft, daß eine Lenkungsrückwirkkraft auftritt. In dem Lenksystem, mit welchem das Lenkrad 1 gekoppelt ist, gibt es eine Reibungskraft. Folglich dreht sich das Lenkrad 1 nicht, es sei denn, die Lenkungsrückwirkkraft MT übersteigt diese Reibungskraft. Daher bleibt der Lenkradwinkel θ um die Phase dieser Reibungskraft hinter der Lenkungsrückwirkkraft zurück. Eine solche Rückwirkkraft auf Grund der Reibungskraft Tm des Lenksystems ist aus der Reibungskraft in der Lenkwelle 2 und der Reibungskraft in einem Getriebe zusammengesetzt. Eine solche Rückwirkkraft ist nicht der Lenkgeschwindigkeit, der Fahrzeuggeschwindigkeit oder dergleichen proportional. Eine solche Rückwirkkraft tritt als eine Kraft entgegengesetzt zur Lenkrichtung auf, wie in 3 dargestellt ist. Wie vorstehend beschrieben wurde, eilt, da der Lenkradwinkel θ sich zu drehen beginnt, wenn die auf das Lenkrad 1 ausgeübte Kraft die Reibungskraft Tm übersteigt, die Phase der Reibungskraft Tm dem Lenkradwinkel θ voraus, und die Reibungskraft Tm zeichnet gegen die Lenkradwinkel θ auf den Abszissen nach oben konvexe Lissajous-Kurven.
Wenn das Lenkrad 1 beginnt, sich zu drehen, um den Lenkradwinkel 1 zu verändern, wird die Achswelle 3, die über die Lenkwelle 2 mechanisch gekoppelt ist, verlagert, um die Räder 4 zu steuern. Das verändert die Fahrtrichtung des Fahrzeugs und ein selbstausrichtendes Moment tritt in den Rädern 4 auf, woraufhin die Querbeschleunigung LA und die Gierung Yr auf das Fahrzeug einwirken. Die äußere Kraft (Reifenrückwirkung) Tsat, welche auf solchem selbstausrichtenden Moment basiert und von den Rädern 4 aus auf die Lenkanlage wirkt, wird zu einer Kraft umgewandelt, die wirkt, um die Lenkwelle 2 zu drehen, welche in die Lenkungsrückwirkkraft MT einbezogen ist. Daher hat die Reifenrückwirkungskraft Tsat eine Phasenverzögerung hinter den Lenkradwinkel θ und zeichnet Lissajous-Schleifen, welche nach unten konvex sind, gegen die Lenkradwinkel θ auf den Abszissenachsen, wie in 9 dargestellt ist. Je höher die Fahrzeuggeschwindigkeit ist, desto größer ist die Phasenverzögerung der Reifenrückwirkkraft Tsat hinter den Lenkradwinkel θ; daher ist die Breite der Hysterese der Lissajous-Schleife desto größer, je größer die Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Da ferner die Querbeschleunigung LA, welche ein Index ist, der die Reifenrückwirkkraft Tsat kennzeichnet, proportional zu V²/R ist (wobei V die Fahrzeuggeschwindigkeit und R ein Spurkreisradius ist), nimmt die Querbeschleunigung LA selbst bei dem gleichen Lenkradwinkel θ proportional zu dem Quadrat der Fahrzeuggeschwindigkeit zu. Diese Wirkung macht eine Neigung der Lissajous-Schleife der 4 bei hoher Geschwindigkeit größer als bei niedriger Geschwindigkeit. Das ist der Grund, warum die Lenkungsrückwirkkraft mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit selbst bei dem gleichen Lenkradwinkel θ ansteigt.
Sowohl diese Reibungskraft Tm als auch diese Reifenrückwirkkraft Tsat wirken als die Lenkungsrückwirkkraft MT, und die Resultierende dieser Kräfte ist so wie in 5 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Neigung ansteigt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt, aber die Breite der Hysterese nahe dem Lenkradwinkel = 0 nimmt ab, weil die Phasenverzögerung der Reifenrückwirkkraft Tsat zunimmt.
Da eine von dem Unterstützungsmotor 5 erzeugte Unterstützungskraft PS wirkt, um die Lenkungsrückwirkkraft MT zu vermindern, kann die Beziehung zwischen der Lenkungsrückwirkkraft MT, der Reibungskraft Tm, der Reifenrückwirkkraft Tsat und der Unterstützungskraft PS durch die nachstehende Gl. (1) ausgedrückt werden. MT = Tm + Tsat – PS (1)
6 und 7 stellen die Erfassungsergebnisse der Lenkungsrückwirkkraft MT, des Lenkradwinkels θ, der Querbeschleunigung La und der Gierung Yr in einem tatsächlich fahrenden Fahrzeug dar. Diese Ergebnisse wurden folgendermaßen erhalten: Das mit dem Lenksystem von 2 ausgerüstete Fahrzeug wurde im Slalom auf einem Kurs mit in gleichen Abständen angeordneten Pylonen gefahren, und jedes erhaltene Erfassungsergebnis wurde als Meßwertzeitreihe in Fällen, wo die Fahrzeuggeschwindigkeit die mittlere Geschwindigkeit von ungefähr 50 km/h (6) und die hohe Geschwindigkeit von ungefähr 80 km/h (7) war, angegeben. Jeder erfaßte Wert ist angegeben, während die positive Richtung entlang der Richtung jedes der in 2 dargestellten Pfeile definiert ist, und diese Definition von Richtungen wird auch als Bezug in den nachstehend beschrieben Ausführungsformen verwendet.
In den Meßwertzeitreihen für die mittlere Geschwindigkeit (6) geht die Lenkungsrückwirkkraft MT voran, danach folgt der Lenkradwinkel θ, und dann werden die Querbeschleunigung LA und die Gierung Yr in der fast gleichen Phase erfaßt. Im Gegensatz dazu sind in den Meßwertzeitreihen für die hohe Geschwindigkeit (7) die Phasenverzögerungen der Querbeschleunigung LA und der Gierung Yr hinter den Lenkradwinkel θ größer, und die Phasenvoreilung der Lenkungsrückwirkkraft MT vor den Lenkradwinkel θ ist kleiner. Der Grund dafür ist, wie vorstehend beschrieben wurde, daß die Phasenverzögerung der Reifenrückwirkkraft Tsat hinter den Lenkradwinkel θ mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt, und das führt zu einem Unterdrücken der Phasenvoraneilung der Lenkungsrückwirkkraft MT vor den Lenkradwinkel θ, um die Breite der Hysterese zu vermindern, wie in 1 oder 5 dargestellt ist.
Dieser Einfluß verändert die Hysteresebreite der Kennlinie von Lenkradwinkel gegen Lenkungsrückwirkkraft, und, mit anderen Worten, diese Hysteresebreite kann durch Steuern der Phase der Lenkungsrückwirkkraft MT gegen den Lenkradwinkel θ gesteuert werden.
Nachstehend soll ein Verfahren zum Verändern der Phase der Lenkungsrückwirkkraft MT gegen den Lenkungswinkel θ erklärt werden. Eine Zustandsgröße des Fahrzeugs, welche eine Kennlinie ähnlich der vorstehend beschriebenen Reifenrückwirkkraft Tsat zeigt, ist z.B. die Querbeschleunigung LA. Durch Umkehren der Vorzeichen eines Erfassungssignals einer Querbeschleunigung LA erhalten wir ein Signal mit einer Phasenverschiebung von 180°. Da die Phase dieses Signals der der Lenkungsrückwirkkraft MT voraneilt, kann die Phase der Lenkungsrückwirkkraft MT durch Hinzufügen einer Kraft entsprechend dieser invertierten Querbeschleunigung LA zu der Lenkungsrückwirkkraft MT mehr vor den Lenkradwinkel θ eingestellt werden.
In 8 sind Wellenformen von jeweiligen Erfassungsergebnissen bei hoher Geschwindigkeit dargestellt. Eine durch – 0,15LA gekennzeichnete Wellenform ist eine, die durch Umkehren der Vorzeichen des Erfassungsergebnisses der Querbeschleunigung LA und Multiplizieren des invertierten Signals mit 0,15 erhalten wurde. Diese Wellenform wird zu der Lenkungsrückwirkkraft MT addiert, um eine Wellenform von MT – 0,15LA zu erhalten. Es ist zu sehen, daß die Phase dieser Wellenform MT – 0,15LA der der Lenkungsrückwirkkraft MT vorauseilt. 9 stellt Kennlinien gegen den Lenkradwinkel θ in diesem Fall dar, in welchem die Hysteresebreite nahe dem Lenkradwinkel θ = 0 in der Kennlinie von θ gegen (MT – 0,15LA) größer als in der Kennlinie von θ gegen MT ist. Das bestätigt, daß die Wellenform von MT – 0,15LA die größere Phasenvoraneilung vor den Lenkradwinkel θ als die der Lenkungsrückwirkkraft MT hat und daß die vorstehend beschriebene Abnahme der Hysteresebreite durch Hinzufügen der Kraft entsprechend der invertierten Querbeschleunigung LA zu der Lenkungsrückwirkkraft MT unterdrückt werden kann.
In diesem Beispiel war der erfaßte Faktor mit der Phasenverzögerung hinter den Lenkradwinkel θ die Querbeschleunigung LA, aber die Phase der Lenkungsrückwirkkraft MT kann auf gleiche Weise auch durch Verwendung irgendeines Erfassungsergebnisses mit einer Phasenverzögerung relativ zu dem Lenkradwinkel θ, z.B. einer Einflußgröße, die aus der Gierung Yr, einer axialen Kraft, welche auf die Achswelle 3 wirkt, eines Belastungszustands des Unterstützungsmotors 5, usw. ausgewählt wurde, und Addieren einer Kraft entsprechend einem im Vorzeichen umgekehrten Signal des Erfassungsergebnisses der ausgewählten Einflußgröße zu der Lenkungsrückwirkkraft MT nach vorn geschoben werden.
Nachstehend wird die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
10 stellt schematisch ein Beispiel einer Lenkungssteuerungsvorrichtung, die mit einer Servolenkvorrichtung vom elektrischen Kraftunterstützungstyp ausgerüstet ist, dar. Eine mit dem Lenkrad 50 gekoppelte Lenkwelle 51 ist mechanisch über ein Getriebe 53 mit einer Achswelle 52 verbunden, die mit gelenkten Rädern W gekoppelt ist. Die Achswelle 52 ist mit einem Unterstützungsmotor 54 versehen, und die Antriebskraft des Unterstützungsmotors 54 liefert die Unterstützungskraft für das Lenken. Eine Steuereinheit 60 über nimmt Erfassungsergebnisse eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 55, eines Querbeschleunigungssensors 56, eines Lenkradwinkelsensors 57 zum Erfassen des Lenkradwinkels θ des Lenkrads 50, eines Momentsensors 58 zum Erfassen des Lenkmoments Mt und eines Stromsensors 59 zum Erfassen eines Laststroms Ir, der dem Unterstützungsmotor 54 zugeführt wird. Die Steuereinheit 60 stellt auf der Grundlage dieser Erfassungsergebnisse einen Sollstromwert Ips zum Antreiben des Unterstützungsmotors 54 ein, und eine Ansteuereinheit 61 steuert einen Antriebsstrom, um einen Strom mit dem Sollstromwert Ips dem Unterstützungsmotor 54 zuzuführen.
Nachstehend wird die in der Steuereinheit 60 ausgeführte Ablaufsteuerung anhand des Ablaufdiagramms von 11 dargestellt. In Schritt S102 werden die Fahrzeuggeschwindigkeit V, der Lenkradwinkel θ, die Querbeschleunigung LA, der Laststromwert Ir und das Lenkmoment Mt durch die jeweiligen Sensoren erfaßt. Im nächsten Schritt S104 wird nach der nachstehenden Gl. (2) eine Gesamtlenkbelastung, die an dem Lenkrad 50 wirkt, berechnet, und das Ergebnis wird als eine Gesamtbelastung (Gesamtlenkbelastung) Mtt festgesetzt. "Kps" ist ein positiver Koeffizient, welcher die Wirkung des Stroms mit dem Laststromwert Ir, welcher in den Unterstützungsmotor 54 fließt, auf das Lenkmoment Mt kennzeichnet. Mtt = Kps·Ir + Mt (2)
Im nächsten Schritt S106 wird anhand der Gesamtbelastung Mtt und der Fahrzeuggeschwindigkeit V ein Steuerstromwert Ips für den Unterstützungsmotor festgesetzt. In diesem Fall wurde, z.B. wie in 12 dargestellt, die Beziehung von Steuerstromwert Ips gegen Gesamtbelastung Mtt und Fahrzeuggeschwindigkeit V zuvor in der Form eines Kennfeldes aufbereitet, und das Kennfeld wird entsprechend der Gesamtbelastung Mtt und der Fahrzeuggeschwindigkeit V durchsucht, um einen dazugehörigen Steuerstromwert Ips festzulegen. Eine von dem Unterstützungsmotor 54 entsprechend dem Steuerstromwert Ips erzeugte Kraft ist die Unterstützungskraft für das Lenken.
Im nächsten Schritt S108 wird ein Sollstromwert Im als ein Sollsteuerbetrag für den Unterstützungsmotor 54 nach der nachstehenden Gl. (3) unter Verwendung der in S102 abgefragten Querbeschleunigung LA zusätzlich zu dem Steuerstromwert Ips eingegeben, um die Phase der Lenkungsrückwirkkraft MT einzustellen. Im = Kla·LA + Ips (3)
In Gl. (3) ist der erste Term auf der rechten Seite ein Steuerbetrag für die Phasensteuerung. Und der zweite Term auf der rechten Seite ist ein Steuerbetrag zur Steuerung der Unterstützungskraft. In Gl. (3) ist "Kla" ein positiver Koeffizient, welcher die Auswirkung der Querbeschleunigung LA auf das Lenkmoment Mt kennzeichnet. In dem in 8 usw. dargestellten Beispiel für die Phasensteuerung wird das im Vorzeichen umgekehrte Signal des Erfassungsergebnisses der Querbeschleunigung LA zu der Lenkungsrückwirkkraft MT addiert, was eine Maßnahme zum Hinzufügen von Kraft ist, um die Lenkungsrückwirkkraft MT zu vermindern. Da der hierin festgelegte Steuerbetrag der Steuerbetrag des Unterstützungsmotors 54 ist, welcher zum Vermindern der Lenkungsrückwirkkraft MT eingepaßt wurde, ist der Term der Querbeschleunigung LA ein positiver Wert. Kla und LA sind nämlich beide positive Werte, und das Ausmaß der Unterstützung durch den Unterstützungsmotor 54 wird erhöht (oder die Lenkungsrückwirkkraft MT wird vermindert) um den Grad des ersten Terms auf der rechten Seite von Gl. (3).
Im nächsten Schritt S110 wird der in S108 festgelegte Sollstromwert Im an die Ansteuereinheit 61 ausgegeben, und die Ansteuereinheit 61 steuert den Antriebsstrom, um dem Unterstützungsmotor 54 Strom mit dem Sollstromwert Im zuzuführen.
Falls das Lenksystem den Unterstützungsmotor 54 in der elektrischen Servolenkvorrichtung verwendet, kann die Phase der Lenkungsrückwirkkraft MT in bezug auf den Lenkradwinkel θ auch entsprechend der Querbeschleunigung LA durch den Steuerbetrag, welcher durch den ersten Term auf der rechten Seite in Gl (3) festgelegt wurde, vorgeschoben werden. Die dadurch erzielte Wirkung ist wie in den vorstehend erwähnten 8 und 9.
In dieser Ausführungsform wird die Antriebskraft des Aktors (des Unterstützungsmotors 54) veranlaßt, entlang der Verlagerungsrichtung des Lenksystems (der Verlagerungsrichtung der Achswelle 52) zu wirken. Die Lenkungsrückwirkkraft ist aus der Rückwirkkraft, die auf der äußeren Kraft basiert, welche auf das Lenksystem von den gelenkten Rädern einwirkt, und der Rückwirkkraft, die auf der Reibungskraft des Lenksystems basiert, zusammengesetzt. Die resultierende Kraft aus diesen Rückwirkungskräften wirkt als die Lenkungsrückwirkkraft auf das Lenkrad. Wenn die Antriebskraft des Aktors veranlaßt wird, in der Verlagerungsrichtung des Lenksystems zu wirken, wird diese Antriebskraft mit der äußeren Kraft, welche von den Rädern auf das Lenksystem einwirkt, vereinigt, so daß die Phase der von den gelenkten Rädern einwirkenden äußeren Kraft auf das Lenksystem vorwärts oder rückwärts verschoben werden kann. Die Phase der Lenkungsrückwirkkraft, welche auf das Lenkrad einwirkt, wird auf diese Weise durch Verändern der Phase der äußeren Kraft als einer Komponente der Lenkungsrückwirkkraft gesteuert.
In dieser Ausführungsform wird der Steuerbetrag für den Aktor eingestellt, um die Phase der Lenkungsrückwirkkraft gegen den Lenkradwinkel nach vorn zu verschieben. Beim Verschieben der Phase der Lenkungsrückwirkkraft gegen den Lenkradwinkel nach vorn kann die Steuerung ausgeführt werden, um die Breite der Hysterese der Kennlinie von Lenkradwinkel gegen Lenkungsrückwirkkraft insbesondere nahe der neutralen Lage des Lenkradwinkels zu erhöhen.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann die Phasensteuerungsvorrichtung weiterhin den Steuerbetrag für den Aktor ein stellen, um die Phase der Lenkungsrückwirkkraft gegen den Lenkradwinkel nach hinten zu verschieben. Beim Verschieben der Phase der Lenkungsrückwirkkraft gegen den Lenkradwinkel nach hinten kann die Steuerung ebenfalls ausgeführt werden, um die Hysteresebreite zu vermindern.
Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird die Verminderung der Breite der Hysterese der Kennlinie von Lenkradwinkel θ gegen Lenkungsrückwirkkraft MT bei hoher Geschwindigkeit durch Einstellen des Sollstromwerts Im auf der Grundlage von Gl. (3) in Schritt S108 von 11 unterdrückt. Die Hysteresebreite bei hoher Geschwindigkeit zu vermindern bedeutet, den Einfluß der Verminderung der Hysteresebreite bei hoher Geschwindigkeit zu beseitigen, und das bewirkt auch, daß gleichzeitig die Zunahme der Lenkungsrückwirkkraft MT mit ansteigender Fahrzeuggeschwindigkeit V aufgehoben wird. Vorschieben der Phase der Lenkungsrückwirkkraft MT gegen den Lenkradwinkel θ führt nämlich zu einer Milderung der Neigung der Lissajous-Schleife der Kennlinie von Lenkwinkel θ gegen Lenkungsrückwirkkraft MT, so daß die kleinere Lenkungsrückwirkkraft an dem Lenkrad 50 so wie erwartet tatsächlich wirkt.
Da der erste Term auf der rechten Seite von Gl. (3) wirkt, um das Ansteigen der Reifenrückwirkkraft Tsat mit ansteigender Fahrzeuggeschwindigkeit V wie vorstehend beschrieben aufzuheben, besteht eine Möglichkeit, daß das Gefühl des Anwachsens der Lenkungsrückwirkkraft MT mit ansteigender Fahrzeuggeschwindigkeit V aufgehoben wird. Unter Berücksichtigung dieses Gesichtspunkts wird in der vorliegenden Ausführungsform nachstehende Gl. (4) statt Gl. (3) in Schritt S108 angewendet. Mit Gl. (4) wird der Sollstromwert Im durch weiteres Addieren eines Steuerbetrags (korrigierter Steuerbetrag) Ima zu der rechten Seite von Gl. (3) festgesetzt, was die Lenkungsrückwirkkraft MT mit ansteigender Fahrzeuggeschwindigkeit V erhöht. Da der Steuerbetrag Ima addiert wird, um die Lenkungsrückwirkkraft MT zu erhöhen, ist dessen Vorzeichen negativ. Im = Kla·LA – Ima + Ips (4)
Dieser Steuerbetrag Ima wird entsprechend dem Lenkradwinkel θ und der Fahrzeuggeschwindigkeit V z.B. anhand des in 13 dargestellten Kennfelds festgelegt. In diesem Fall kann eine Fahrzeugzustandsgröße, die sich ähnlich dem Lenkradwinkel θ verändert, statt des Lenkradwinkels θ verwendet werden. Eine solche Fahrzeugzustandsgröße ist z.B. eine Hubstellung der mit dem Lenkrad 50 mechanisch gekoppelten Achswelle 52 oder ein Radwinkel der gelenkten Räder W.
Die vorstehend beschriebene erste und zweite Ausführungsform verwendete die Querbeschleunigung LA als ein Beispiel des Erfassungsergebnisses entsprechend der Größe der äußeren Kraft, die von den Rädern W auf das Lenksystem wirkt, aber zusätzlich dazu zeigen eine Axialkraft Fr, die auf die Achswelle 52 wirkt, und der Laststromwert Ir des Unterstützungsmotors 54 Eigenschaften ähnlich denen der äußeren Kraft (Reifenrückwirkkraft Tsat), die von den gelenkten Rädern W auf das Lenksystem einwirkt. Daher können die Erfassungsergebnisse dieser Einflüsse die Querbeschleunigung LA ersetzen, und Gl. (3) kann in nachstehende Gl. (5) oder Gl. (6) unter Verwendung von positiven Koeffizienten Kfr und Kir umgeschrieben werden. Im = Kfr·Fr + Ips (5) Im = Kir·Ir + Ips (6)
Ferner ist die Querbeschleunigung LA proportional zu Yr·V, wobei Yr die Gierung, welche an dem Fahrzeug wirkt, und V die Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Somit kann der erste Term in der rechten Seite von Gl. (3) als Kla·LA = Kyr·Yr·V ausgedrückt werden, wobei Kyr ein positiver Koeffizient ist. Daher kann Gl. (3) in nachstehende Gl. (7) umgeschrieben werden. Im = Kyr·Yr·V + Ips (7)
Die von den gelenkten Rädern auf das Lenksystem wirkende äußere Kraft kann z.B. auch anhand einer mechanischen Verlagerungsposition X entsprechend der Lenkung durch das Lenkrad 50, der Fahrzeuggeschwindigkeit V zu diesem Zeitpunkt und einem Reibungskoeffizienten μ der Fahrbahnoberfläche erfaßt werden. Daher kann der durch den ersten Term in der rechten Seite von Gl. (3) usw. festgelegte Steuerbetrag auch als eine Funktion f(X, V, μ) mit den Variablen mechanische Verlagerungsposition X, Fahrzeuggeschwindigkeit V und Reibungskoeffizient μ der Fahrbahnoberfläche festgesetzt werden. Die mechanische Verlagerungsposition X kann durch die Hubposition der Achswelle 52, den Straße-Rad-Winkel der gelenkten Räder W oder dergleichen dargestellt werden, und diese werden als Erfassungssignale mit einer Phasenverzögerung hinter den Lenkradwinkel θ erhalten. Ein erfaßter Wert des Lenkradwinkels θ selbst kann nicht als ein Signal für das Vorschieben der Phase der Lenkungsrückwirkkraft MT verwendet werden, aber der Lenkradwinkel θ kann auch beim Festsetzen des Steuerbetrags, der in dem ersten Term in der rechten Seite von Gl. (3) usw. gesetzt wird, durch Veränderung der Phase von dessen Erfassungsergebnis oder indem er mit einem anderen Erfassungsergebnis kombiniert wird, verwendet werden, wie weiter nachstehend beschrieben wird.
Ferner kann der Sollstromwert Im durch weiteres Addieren eines differentiellen Terms (erste Ableitung) und eines quadratischen differentiellen Terms (zweite Ableitung), welche Veränderungszustände der Querbeschleunigung LA kennzeichnen, zu Gl. (3) festgesetzt werden, wie in nachstehender Gl. (8) ausgedrückt ist. In Gl. (8) sind Kla1 und Kla2 positive Koeffizienten. Im = Kla·LA – Kla1·dLA/dt – Kla2·d2LA/dt2 + Ips (8)
In 14 ist eine durch LA' bezeichnete Wellenform eine Wellenform, welche durch Differenzieren des Erfassungssignals der Querbeschleunigung LA und Multiplizieren des Ergebnisses mit 5 erhalten wurde. Die Phase dieser Wellenform LA' eilt der der Lenkungsrückwirkkraft MT voraus. Daher wird eine Wellenform MT + LA', die sich aus der Addition der Wellenform LA' zu der Lenkungsrückwirkkraft MT ergibt, eine Wellenform mit einer Phasenvoreilung vor der Lenkungsrückwirkkraft. In 15 sind Kennlinien in Abhängigkeit vom Lenkradwinkel θ in diesem Fall dargestellt, und es ist ersichtlich, daß die Hysteresebreite nahe dem Lenkradwinkel θ = 0 in der Kennlinie von θ gegen (MT + LA') größer ist als in der Kennlinie von θ gegen MT. Das bestätigt auch, daß die Wellenform von MT + LA' die größere Phasenvoreilung gegenüber dem Lenkradwinkel θ als die Lenkungsrückwirkkraft MT hat und daß die vorstehend beschriebene Abnahme der Hysteresebreite durch Aufwenden einer Kraft entsprechend dem differentiellen Term der Querbeschleunigung LA, welcher wirkt, um die Lenkungsrückwirkkraft MT zu erhöhen, unterdrückt werden kann.
Da dieser Differentialterm der Querbeschleunigung LA addiert wird, um die Lenkungsrückwirkkraft MT zu erhöhen, ist das Vorzeichen des zweiten Terms in der rechten Seite in Gl. (8) zum Einstellen der Unterstützungskraft negativ. Da die Addition dieses zweiten Terms in der rechten Seite ein Ansteigen der Breite der Hysterese der Kennlinie von θ gegen MT in dem Bereich kleiner Belastungswinkel |θ| bewirkt, kann das die Rückwirkkraft, die bei Beginn des Drehens des Lenkrads 50 gefühlt wird, erhöhen. Der dritte Term in der rechten Seite von Gl. (8) bewirkt, daß die Breite der Hysterese der Kennlinie von θ gegen MT in dem Bereich kleiner Lenkradwinkel |θ| selbst in einem Lenkzustand von niedriger Lenkgeschwindigkeit ansteigt, so lange der Bedingung von Lenkbeschleunigung ⇒ 0 entsprochen wird, und somit kann das Bewegungen des Lenkrads 50 verhindern.
Ferner kann das Erfassungsergebnis, das die mechanische Ver lagerungsposition entsprechend dem Lenken durch das Lenkrad 50 angibt, auch die Querbeschleunigung LA ersetzen, und in diesem Fall werden z.B. ein Erfassungssignal des Lenkradwinkels θ, der Hubposition der Achswelle 52 oder des Straße-Rad-Winkels der gesteuerten Räder W für die Differentialterme verwendet.
Der Lenkradwinkel θ kann ebenfalls für die Differentialterme verwendet werden, wie vorstehend beschrieben wurde. Das hat den nachstehenden Grund. Z.B. ergibt unter der Annahme, daß der Lenkradwinkel θ als θ = sin(ωt) definiert ist, Differenzieren dieses Erfassungsergebnisses ωcos(ωt), und folglich können wir den Effekt einer Phasenverschiebung des Erfassungssignals des Lenkradwinkels θ nach vorn um 90° erwarten.
16 zeigt eine Wellenform von θ', die durch Differenzieren des Erfassungssignals des Lenkradwinkels θ und Multiplizieren des Ergebnisses mit 0,2 erhalten wurde. Die Phase dieser Wellenform θ' eilt der des Lenkradwinkels θ voraus, und eine Wellenform Mt + θ' ist eine mit einer Phasenvoreilung vor der Wellenform MT. In 17 sind Kennlinien gegen den Lenkradwinkel θ in diesem Fall dargestellt, und die Hysteresebreite nahe dem Lenkradwinkel θ = 0 ist in der Kennlinie von θ gegen (MT + θ') größer als in der Kennlinie von θ gegen MT. Das stellt auch sicher, daß die Wellenform von MT + θ' die größere Phasenvoreilung gegenüber dem Lenkradwinkel θ als die Lenkungsrückwirkkraft MT hat und daß die vorstehend beschriebene Abnahme der Hysteresebreite durch Ausbilden einer Kraft entsprechend dem Differentialterm des Lenkradwinkels θ, um ein Ansteigen der Lenkungsrückwirkkraft MT zu bewirken, unterdrückt werden kann.
Wenn das Erfassungsergebnis des Lenkradwinkels θ für den Differentialterm (erste Ableitung) und den quadratischen Differentialterm (zweite Ableitung) in Gl. (8) übernommen wird, kann Gl. (8) als nachstehende Gl. (9) geschrieben werden. In Gl. (9) sind Kma1 und Kma2 positive Koeffizienten. Im = Kla·LA – Kma1·dθ/dt – Kma2·d2m/dt2 + Ips (9)
Bei Verwendung des nachstehenden Verfahrens kann der Phasenvoreilungswinkel oder der Phasenverzögerungswinkel des Erfassungssignals beliebig festgelegt werden. Nachstehend wird ein Beispiel des Lenkradwinkels θ beschrieben, in dem die Phase des Erfassungssignals θ = sin(ωt) verändert wird, um sin(ωt + α) zu erzeugen.
Sin(ωt) kann durch nachstehende Gl. (10) unter Verwendung der trigonometrischen Identität erweitert werden. sin(ωt + α) = sin(ωt)·cosα + cos(ωt)·sinα (10)
Durch Einsetzen von sin(ωt) = θ in Gl. (10) und Verwenden von dθ/dt = ωcos(ωt) kann Gl. (10) in nachstehende Gl. (11) umgeschrieben werden. sin(ωt + α) = θ·cosα + (1/ω)·(sinα)·(dθ/dt) (11)
Durch beliebiges Festlegen von "α" als ein Phasenvoreilungswinkel kann ein Phasenvoreilungssignal entsprechend "α" durch Gl. (11) anhand des Lenkradwinkels θ als ein Erfassungsergebnis und seiner Ableitung erzeugt werden. Wenn das vorstehend beschriebene Erfassungssignal differenziert oder invertiert wird, wird die Phase des Erfassungssignals nach vorn um jeweils 90° oder 180° verschoben, und der Grad der Phasenvoreilung kann durch geeignetes Festlegen von "α" in Gl. (11) frei festgelegt werden. Z.B. wird für das Verwirklichen von unterschiedlichem Lenkgefühl in Autos vom sportlichen Typ und in Limousinen bei der Systemgestaltung "α" als ein Phasenvoreilungswinkel verändert, um eine Hysteresebreite zu erhalten, die für das erwartete Lenkgefühl geeignet ist, was die Systemgestaltung erleichtert.
Es ist auch möglich, den Wert von "α" als einen Phasenvoreilungswinkel entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Reibungskoeffizienten der Straßenoberfläche, dem Fahrzeugge wicht usw. festzulegen, und das erlaubt es, einen passenden Wert von "α" entsprechend der Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit usw. festzulegen.
Z.B. kann Im durch die nachstehende Gleichung ausgedrückt werden, indem der erste Term in der rechten Seite von Gl. (3) durch die rechte Seite von Gl. (11) ersetzt und ein positiver Koeffizient Kα verwendet wird. Im = Kα·(θ·cosα + (1/ω)·(sinα)·(dθ/dt) + Ips
Durch Festlegen der Werte von "α" in der vorstehenden Gleichung entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit, so daß diese mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit V allmählich ansteigen, kann die Phasensteuerung ausgeführt werden, so daß die Phase der Lenkungsrückwirkkraft MT gegen den Lenkradwinkel θ mit dem Ansteigen der Fahrzeuggeschwindigkeit V nach vorn verschoben wird. Das Ausführen dieser Phasensteuerung kann die Tendenz, in welcher der Grad der Phasenvoreilung der Lenkungsrückwirkkraft MT gegen den Lenkradwinkel θ mit dem Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeit V kleiner wird, unterdrücken, wodurch die Abnahme der Hysteresebreite bei hoher Geschwindigkeit, wie vorstehend bei 1 oder 5 beschrieben wurde, unterdrückt werden kann.
Ferner wird, wo beim Festlegen des Sollstromwerts Im die Phase des Lenkradwinkels θ durch Verwenden dessen Differentialterms wie in Gl. (9) nach vorn verschoben wird, die Lenkungsrückwirkkraft um diesen Grad vermindert, wenn die Bewegung des Lenkrads 50 aufhört. In solchen Fällen kann die Veränderung des Lenkmoments zwischen vor und nach dem Anhalten des Lenkens durch Verwenden von Gl. (11) statt des Differentialterms von Gl. (9) unterdrückt werden, weil die Verwendung von Gl. (11) einen Steuerbetrag auf der Grundlage des Proportionalterms in bezug auf den Lenkradwinkel θ (der erste Term in der rechten Seite von Gl. (11)) erzeugt.
Wenn das Vorzeichen des zweiten Terms in der rechten Seite von Gl. (11) negativ ist, wird die linke Seite der gleichen Gleichung sin(ωt – α), und daher ist es auch möglich, "α" als einen Phasenverzögerungswinkel festzusetzen. Gl. (11) war das Beispiel des Lenkradwinkels θ, aber dasselbe Verfahren kann auch auf die anderen Erfassungsergebnisse, wie z.B. die Querbeschleunigung LA, die Gierung Yr, eine Rollgeschwindigkeit usw., angewendet werden, um die Phase des Erfassungssignals zu verändern.
Auf diese Weise kann die Phasensteuerungsvorrichtung den Steuerbetrag auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses, welches direkt oder indirekt die äußere Kraft, die von den gelenkten Rädern auf das Lenksystem einwirkt, angibt, festlegen. Wie vorstehend beschrieben wurde, ist die äußere Kraft, die von den gelenkten Rädern auf das Lenksystem einwirkt, in die Erzeugung der Lenkungsrückwirkkraft einbezogen, und die Hysteresebreite der Kennlinie von Lenkradwinkel θ gegen Lenkungsrückwirkkraft verändert sich bei Veränderung der Phase der äußeren Kraft gegen den Lenkradwinkel. Folglich wird die Phasensteuerung der Lenkungsrückwirkkraft entsprechend der Veränderung der äußeren Kraft durch Erfassen der Veränderung dieser äußeren Kraft und Veranlassen, daß die Steuerung des Aktors dieses Erfassungsergebnis widerspiegelt, ausgeführt. Die von den gelenkten Rädern auf das Lenksystem einwirkende äußere Kraft kann anhand der auf das Fahrzeug einwirkenden Querbeschleunigung, der Axialkraft, die auf die mit den Rädern gekoppelte Achswelle einwirkt, der Belastung an dem Motor für den Antrieb der Achswelle oder dergleichen direkt erfaßt werden, und sie kann auch indirekt z.B. anhand der auf das Fahrzeug einwirkenden Gierung und der Fahrzeuggeschwindigkeit erfaßt werden.
Wie beschrieben wurde, kann die Phasensteuerungsvorrichtung den Steuerbetrag anhand des Erfassungsergebnisses, welches die mechanische Verlagerung entsprechend der Handhabung des Lenkrads angibt, festlegen. Das erlaubt, daß die äußere Kraft, die von den gelenkten Rädern auf das Lenksystem einwirkt, selbst in Fällen, in welchen ein Erfassungsergebnis, wie z.B. der Lenkradwinkel des Lenkrads, der Straße-Rad-Winkel der gelenkten Räder, die Verlagerungsposition der Achswelle oder dergleichen als die mechanische Verlagerung entsprechend der Handhabung des Lenkrads verwendet werden, auf leichte Weise erfaßt werden kann. Aus diesem Anlaß kann weiterhin Berücksichtigung der Fahrzeuggeschwindigkeit, des Reibungskoeffizienten der Straßenoberfläche (nachstehend als μ der Straßenoberfläche bezeichnet), usw. erfolgen. Wenn z.B. die Phasensteuerungsvorrichtung das Erfassungsergebnis für den Lenkradwinkel verwendet, kann der Steuerbetrag, der in der Lage ist, die Phase der Lenkungsrückwirkkraft gegenüber dem Lenkradwinkel zu verändern, durch seine Verwendung in Kombination mit dem Erfassungsresultat, dessen Phase zu dem Lenkradwinkel unterschiedlich ist, festgesetzt werden.
Die Phasensteuerungsvorrichtung kann den Steuerbetrag anhand des Veränderungszustands des Erfassungsergebnisses, wie vorstehend beschrieben wurde, festlegen. Das kann die Hysteresebreite entsprechend dem Veränderungszustand durch Berücksichtigung des Veränderungszustands, wie z.B. der Veränderungsgeschwindigkeit des Erfassungsergebnisses oder dergleichen, beim Festlegen des Steuerbetrags verwirklichen. Das kann weiterhin z.B. die Hysteresebreite beim Umkehren der Drehung des Lenkrads erhöhen, was das Lenkungsrückwirkgefühl und wiederum die Bedienbarkeit verbessern kann.
Weiterhin kann die Phasensteuerungsvorrichtung, wie vorstehend beschrieben wurde, den korrigierten Steuerbetrag für den Aktor anhand der mechanischen Verlagerung entsprechend der Handhabung des Lenkrads festlegen, um die durch die Phasenverschiebung verursachte Veränderung der Lenkungsrückwirkkraft zu unterdrücken. Z.B. wird unter der Annahme, daß die Verminderung der Hysteresebreite bei hoher Geschwindigkeit durch Vorschieben der Phase der Lenkungsrückwirkkraft unterdrückt wird, das Vorschieben der Phase der Lenkungsrückwirkkraft eine Milderung der Neigung der Lissajous-Schleife der Kennlinie von Lenkradwinkel gegen Lenkungsrückwirkkraft ergeben und macht somit die Lenkungsrückwirkkraft kleiner als sie in ihrer tatsächlichen Wirkung erwartet wird. In diesem Fall wird daher der Steuerbetrag so festgesetzt, daß sich die Lenkungsrückwirkkraft entsprechend dem Lenkradwinkel, der die Lenkstellung des Lenkrads kennzeichnet, erhöht, um die durch die Phasenverschiebung verursachte Verminderung der Lenkungsrückwirkkraft zu unterdrücken. Wenn die Phase gesteuert wird, um die Phase der Lenkungsrückwirkkraft nach hinten zu verschieben, wird diese Steuerung eine Erhöhung der Neigung der Lissajous-Schleife der Kennlinie von Lenkungswinkel gegen Lenkungsrückwirkkraft ergeben, und die wirkende Lenkungsrückwirkkraft wird größer als sie in ihrer tatsächlichen Wirkung erwartet wird. In diesem Fall wird daher der korrigierte Steuerbetrag so festgelegt, daß die Lenkungsrückwirkkraft entsprechend dem Lenkwinkel, der die Lenkstellung des Lenkrads angibt, abnimmt, um die durch die Phasenverschiebung verursachte Erhöhung der Lenkungsrückwirkkraft zu unterdrücken.
Die Phasensteuervorrichtung verändert hier ferner den vorstehend beschriebenen korrigierten Steuerwert entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit weiter, wodurch sich die Lenkungsrückwirkkraft entsprechend der mechanischen Verlagerung, wie z.B. dem Lenkradwinkel oder dergleichen, entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit verändert.
Wie vorstehend beschrieben wurde, verändert hier die Phasensteuervorrichtung anhand des Erfassungsergebnisses die Phase des Signals, das das Erfassungsergebnis angibt, und legt den Steuerbetrag mit der Phasenverschiebung fest. Der Phasenvoreilungs- oder Verzögerungswinkel der Lenkungsrückwirkkraft gegen den Lenkradwinkel kann durch geeignetes Verändern der Phase des Erfassungsergebnisses wie beschrieben frei gewählt werden.
Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform beschrieben. Wenn man die Unterstützungskraft für die Steuerung ausnimmt, besteht die Lenkungsrückwirkkraft MT aus der Reibungskraft Tm des Lenksystems und der Reifenrückwirkkraft Tsat. Die Reibungskraft Tm bewirkt, daß die Phase der Lenkungsrückwirkkraft MT der des Lenkradwinkels θ vorauseilt (siehe 3 bis 5). Wie vorstehend beschrieben wurde, ist die Phasenverzögerung der Reifenrückwirkkraft Tsat hinter den Lenkradwinkel θ desto größer, je höher die Fahrzeuggeschwindigkeit ist; das führt zur Verminderung der Phasenvoreilung der Lenkungsrückwirkkraft MT vor den Lenkradwinkel θ und zur Verminderung der Breite der Hysterese der Kennlinie von Lenkradwinkel θ gegen Lenkungsrückwirkkraft MT. Eine große Hysteresebreite bis zu der hohen Geschwindigkeit kann durch vorheriges Ausüben einer großen mechanischen Reibungskraft Tm auf das Lenksystem belassen werden.
Die nachstehenden Nachteile werden jedoch bei niedriger Geschwindigkeit auftreten, wenn eine große Reibungskraft Tm ausgeübt wird.
Zuallererst erschwert die Reibungskraft Tm die Handhabung des Lenkrads und auferlegt dem Fahrer insbesondere unter den Umständen des Fahrens bei niedriger Geschwindigkeit, wo ein Veränderungsbereich des Lenkradwinkels θ durch Handhabung des Lenkrads weit ist, eine große Belastung.
Wie in 18 dargestellt ist, ist die Lenkungsrückwirkkraft MT beim Umkehren der Drehung des Lenkrads, gekennzeichnet durch einen Pfeil A, desto kleiner, je größer die Reibungskraft Tm des Lenksystems ist; wenn der Fahrer einen solchen Vorgang ausführt, um das Lenkrad durch Verwenden der Lenkungsrückwirkkraft MT zurückkehren zu lassen, während er das Festhalten lockert, bewirkt die Reibungskraft, daß die Rückkehrgeschwindigkeit des Lenkrads abnimmt, so daß es erschwert ist, den Kurs des Fahrzeugs wiederherzustellen.
In solchen Fällen, daß das Lenkrad durch Lockern des Festhaltens zurückgeführt wird, hält die Drehung des Lenkrads an einem Lenkradwinkel an, bei welchem die Lenkungsrückführkraft MT gleich 0 wird, wie durch einen Pfeil B gekennzeichnet ist, und es ist nötig, daß der Fahrer eine weitere Lenk kraft in der umgekehrten Richtung ausübt, um das Fahrzeug in den Zustand der Geradeausfahrt zurückzubringen. Diese Tendenz wird auffälliger, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger wird.
Wenn ein angemessenes Maß an Reibungskraft Tm auf diese Weise auf das Lenksystem ausgeübt wird, kann die Breite der Hysterese der Kennlinie von Lenkradwinkel θ gegen Lenkungsrückwirkkraft MT bei niedrigerer Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner, aber bei höherer Fahrzeuggeschwindigkeit höher sein; damit können sowohl die Bedienbarkeit in dem Bereich kleiner Fahrzeuggeschwindigkeit als auch die Stabilität in dem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit zugleich erreicht werden.
Ein Beispiel einer derartigen Steuerung, um die Hysteresebreite wie vorstehend beschrieben zu erhöhen oder zu vermindern, wird nachstehend anhand des Ablaufdiagramms von 19 beschrieben. Die Lenkungssteuerungsvorrichtung ist ähnlich der vorstehend dargestellten 10.
Die Schritte S202 bis S20b werden in ähnlicher Weise wie S102 bis S106, die bei 11 beschrieben wurden, ausgeführt, und danach wird zu S208 gegangen.
In S208 wird ein Koeffizient Kla3 anhand der in S202 abgefragten Fahrzeuggeschwindigkeit V festgelegt. In diesem Fall wird, wie z.B. in 20 dargestellt ist, die Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit V und dem Koeffizienten Kla3 vorher in der Form eines Kennfeldes bereitgestellt. Das Kennfeld wird entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit durchsucht, um einen entsprechenden Koeffizienten Kla3 festzulegen. Das führt an jeder Seite eines Grenzwerts Vth der Fahrzeuggeschwindigkeit V zum Festlegen des Koeffizienten Kla3 auf einen negativen Wert, dessen Absolutwert größer wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger wird, oder zu einem positiven Wert, dessen Absolutwert größer wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit höher wird.
Im nächsten Schritt S210 wird der Sollstromwert Im für den Unterstützungsmotor 54 entsprechend der nachstehenden Gl. (12) unter Verwendung der in S202 erfaßten Querbeschleunigung LA, des in S206 festgelegten Steuerstromwerts Ips und des in S208 festgelegten Koeffizienten Kla3 festgesetzt. Im = –Kla3·dLA/dt + Ips (12)
Im nächsten Schritt S212 wird der in S210 festgelegte Sollstromwert an die Ansteuereinheit 61 ausgegeben, und die Ansteuerungseinheit 61 steuert den Antriebsstrom, um dem Unterstützungsmotor 54 einen Strom entsprechend dem Sollstromwert Im zuzuführen.
Auf diese Weise wird der Sollstromwert Im so festgelegt, daß sich im Bereich hoher Geschwindigkeit oberhalb des Grenzwerts Vth der Grad der Phasenvoreilung der Lenkungsrückwirkkraft MT gegen den Lenkradwinkel θ bei Ansteigen der Fahrzeuggeschwindigkeit V erhöht, und daß sich in dem Bereich niedriger Geschwindigkeit unterhalb des Grenzwerts Vth der Grad der Phasenvoreilung der Lenkungsrückwirkkraft MT gegen den Lenkradwinkel θ beim Ansteigen der Fahrzeuggeschwindigkeit V vermindert. Daher erhöht sich in dem Bereich hoher Geschwindigkeit die Breite der Hysterese der Kennlinie von Lenkradwinkel θ gegen Lenkungsrückwirkkraft MT mit dem Ansteigen der Fahrzeuggeschwindigkeit V, wodurch die Lenkstabilität bei hoher Geschwindigkeit verbessert werden kann. In dem Bereich niedriger Geschwindigkeit nimmt die Hysterese mit Abnahme der Fahrzeuggeschwindigkeit V ab, wodurch die Lenkkraft vermindert werden kann und die Durchführbarkeit der Umkehr der Drehung des Lenkrades verbessert werden kann.
Wie in der vorangegangenen Ausführungsform beschrieben wurde, ist es aus diesem Grund vorzuziehen, unter Berücksichtigung dessen, daß der Steuerwert (korrigierter Steuerwert) Ima zum Einstellen der Größe der Lenkungsrückwirkkraft MT sich bei der Phasensteuerung verändert, den Sollstromwert Im für den Unterstützungsmotor 54 entsprechend der nachstehen den Gl. (13) in dem vorstehenden Schritt S210 festzusetzen. Im = –Kla3·dLA/dt – Ima + Ips (13)
In diesem Fall wird der Steuerbetrag Ima entsprechend dem Lenkradwinkel θ und der Fahrzeuggeschwindigkeit V z.B. anhand des in 21 dargestellten Kennfeldes festgesetzt. Das führt zu einem Festlegen des Steuerbetrags Ima entsprechend dem Lenkradwinkel θ und der Fahrzeuggeschwindigkeit V, um die durch die Verschiebung der Phase der Lenkungsrückwirkkraft MT nach vorn verursachte Verringerung der Lenkungsrückwirkkraft in dem Bereich oberhalb des Grenzwerts Vth der Fahrzeuggeschwindigkeit V zu unterdrücken und um die durch die durch die Verschiebung der Phase der Lenkungsrückwirkkraft MT nach hinten verursachte Erhöhung der Lenkungsrückwirkkraft in dem Bereich niedriger Geschwindigkeit unterhalb des Grenzwerts Vth der Fahrzeuggeschwindigkeit V zu unterdrücken.
Gl. (12) ist nur ein Beispiel, und wo z.B. Gl. (8) beim Festlegen des Sollstromwerts Im verwendet wird, können die Werte jedes der Koeffizienten Kla, Kla1, Kla2 entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit V festgesetzt werden. Jeder von diesen Koeffizienten wird nämlich entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit V auf die Weise festgelegt, daß jeder Koeffizient ein positiver Wert ist, dessen Absolutwert mit dem Ansteigen der Fahrzeuggeschwindigkeit V in dem Bereich hoher Geschwindigkeit oberhalb des Grenzwerts Vth der Fahrzeuggeschwindigkeit V ansteigt, und daß jeder Koeffizient ein negativer Wert ist, dessen Absolutwert bei Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit V in dem Bereich niedriger Geschwindigkeit ansteigt. Es ist also z.B. in diesem Fall möglich, auf gleiche Weise einen Sollstromwert Im unter Berücksichtigung des Steuerbetrags (des korrigierten Steuerbetrags) Ima auf der Grundlage von 21 festzulegen.
In dieser Ausführungsform legt die Phasensteuerungsvorrichtung den Steuerbetrag anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit fest. Eine der Einflußgrößen zum Verändern der Phase der Lenkungsrückwirkkraft gegen den Lenkradwinkel ist eine Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit. Wenn der Steuerbetrag anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit festgesetzt wird, kann die Steuerung ausgeführt werden, um die Phasenveränderung der Lenkungsrückwirkkraft gegenüber dem Lenkradwinkel zu unterdrücken, welche durch die Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit verursacht wird.
In dieser Ausführungsform legt die Phasensteuerungsvorrichtung den Steuerbetrag fest, um die Phase der Lenkungsrückwirkkraft gegen den Lenkradwinkel bei hoher Geschwindigkeit nach vorn zu verschieben und um die Phase der Lenkungsrückwirkkraft gegen den Lenkradwinkel bei geringer Geschwindigkeit nach hinten zu verschieben. Dieser Vorgang erhöht die Hysteresebreite bei hoher Geschwindigkeit, um die Lenkstabilität bei hoher Geschwindigkeit zu verbessern, aber vermindert die Hysteresebreite bei niedriger Geschwindigkeit, um die Lenkkraft zu vermindern und den Umkehrvorgang des Lenkrads zu erleichtern.
In jeder von den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurde die elektrische Servolenkvorrichtung als ein Beispiel einer Vorrichtung beschrieben, die zur elektrischen Steuerung der Lenkungsrückwirkkraft in der Lage ist, aber die vorliegende Erfindung kann z.B. auch auf hydraulische Servolenkvorrichtungen angewendet werden, die zum elektrischen Steuern der Lenkungsrückwirkkraft in der Lage sind.
Der Unterstützungsmotor der Servolenkvorrichtung wurde als ein Beispiel eines Aktors zum Ausüben von Antriebskraft auf das Lenksystem beschrieben, aber der Unterstützungsmotor in der Servolenkvorrichtung muß nicht immer verwendet werden. Es ist lediglich erforderlich, daß die Vorrichtung mit einem Aktor versehen ist, der zum Ausüben von Antriebskraft auf das Lenksystem in der Lage ist, um die Phase der Lenkungsrückwirkkraft MT zu steuern. Daher kann die vorstehend beschriebene Phasensteuerung auch auf eine Lenkeinrichtung oh ne Servolenkvorrichtung oder eine Lenkeinrichtung von einem Typ, in welchem das Lenksystem und das gelenkte System mechanisch getrennt sind und die Lenkungsrückwirkkraft durch einen Rückwirkmotor gesteuert wird, angewendet werden.
Z.B. ist in dem Fall der Antriebssteuerung des Aktors zum Ausüben der Lenkungsrückwirkkraft auf das Lenksystem bei Beschreibung mit dem Beispiel von Gl. (3) der Steuerstromwert Ips als ein Steuerbetrag für die Steuerung der Unterstützungskraft unnötig, und der Steuerbetrag wird invertiert; daher wird der Sollstromwert Im als Im = –Kla·LA festgesetzt. In den anderen Festlegungsgleichungen zum Einstellen des Sollstromwerts Im kann der Sollstromwert Im für den Aktor zum Ausüben der Lenkungsrückwirkkraft auf das Lenksystem ebenfalls ähnlich durch Entfernen des Steuerstromwerts Ips und Umkehren des Vorzeichens von jedem von den anderen Betriebstermen festgelegt werden.
Nachstehend wird eine vierte Ausführungsform beschrieben.
Die erste bis dritte Ausführungsform zeigen die Beispiele von Steuerung der Lenkungsrückwirkkraft MT unter Beachtung der Reifenrückwirkkraft Tsat, aber es ist auch möglich, die Phase der Lenkungsrückwirkkraft MT durch Verändern der Reibungskraft Tm des Lenksystems zu steuern, weil die Lenkungsrückwirkkraft MT als die resultierende Kraft aus der Reifenrückwirkkraft Tsat und der Reibungskraft Tm des Lenksystems zusammengesetzt ist. Die nachstehende Ausführungsform ist ein Beispiel für die Steuerung der Phase der Lenkungsrückwirkkraft MT durch Verändern der Reibungskraft Tm des Lenksystems.
22 zeigt ein Lenkradgetriebe vom Zahnstangentyp, das mit einer Vorrichtung zum Einstellen der Größe der Reibungskraft Tm, die auf das Lenksystem einwirkt, versehen ist. Der untere Teil dieses Lenkgetriebes bildet ein Zahnstangengehäuse 100 aus, wobei das Zahnstangengehäuse 100 eine Ritzelwelle 120, die angeordnet ist, um einstückig mit einer Lenk welle 110 zu rotieren, und eine Zahnstangenwelle 130, die im Eingriff mit dieser Ritzelwelle 120 steht, aufnimmt.
Eine Zahnstangenführung 140, ein Sockel 150 usw. sind an der anderen Seite der Zahnstangenwelle 130 gegenüber der Ritzelwelle 120 angeordnet. Die Zahnstangenführung 140 ist gleitfähig in dem Zahnstangengehäuse 100 zwischen dem Sockel 150 und der Zahnstangenwelle 130 angeordnet, und der Sockel 150 ist in einer Öffnung des Zahnstangengehäuses 100 festgezogen. Ein Raum 180 ist zwischen der Zahnstangenführung 140 und dem Sockel 150 ausgebildet, und eine Schraubenfeder 160 ist in diesen Raum 180 eingesetzt. Eine Ölpumpe 170 ist angeordnet, um diesem Raum 180 ein Öl über eine Ölrohrleitung 171 unter einem vorbestimmten Druck zuzuführen. In der Zeichnung bezeichnet ein Bezugszeichen 141 eine Öldichtung zum Verhindern von Auslaufen des Öls.
Die Zahnstangenführung 140 ist so angeordnet, daß sie die Zahnstangenwelle 130 gegen die Ritzelwelle 120 durch die Federkraft der Schraubenfeder 160 unter der Rückwirkung von dem Sockel 150 und durch den Öldruck in dem Raum 180 drückt. Beim Ansteigen des Öldrucks innerhalb des Raums 180 erhöht sich die Schubkraft durch die Zahnstangenführung 130 gegen die Ritzelwelle stärker, wodurch die Reibungskraft des Lenksystems ansteigt. Bei Abnahme des Öldrucks innerhalb des Raums 180 nimmt andererseits die Reibungskraft des Lenksystems ab. Auf diese Weise kann der Wert der Reibungskraft, welche auf das Lenksystem einwirkt, durch Verändern des Öldrucks in dem Raum 180 mittels der Ölpumpe 170 verändert werden. In diesem Fall dient der hydraulisch-mechanische Teil zum Verändern der Schubkraft der Zahnstangenführung 140 durch den Öldruck, wie vorstehend beschrieben, als ein Aktor zum Steuern der Phase der Lenkungsrückwirkkraft MT.
Z.B. wird, wie in 23 dargestellt ist, die Ölpumpe 170 gesteuert, um den Ödruck in dem Raum 180 bei Ansteigen der Fahrzeuggeschwindigkeit V zu erhöhen. Angenommen, eine variable Reibungskraft Tmσ1 stellt den Veränderungsbetrag der Reibungskraft Tm des Lenksystems bei Veränderung des Öldrucks in dem Raum 180 dar, so ist die Beziehung zwischen dem Lenkradwinkel θ und der variablen Reibungskraft Tmσ1 wie in 24 dargestellt; die Beziehung verändert sich entlang einem Rahmen, der durch eine Strichlinie bei niedriger Geschwindigkeit, einem Rahmen, der durch eine durch Striche unterbrochene Linie bei mittlerer Geschwindigkeit, und einem Rahmen, der durch eine mit Doppelstrichen unterbrochene Linie gekennzeichnet ist. Da sich die variable Reibungskraft Tmσ1 beim Ansteigen der Fahrzeuggeschwindigkeit V wie vorstehend beschrieben erhöht, tendiert die Reibungskraft Tm des Lenksystems ebenfalls zum Ansteigen bei Erhöhung der Fahrzeugzeuggeschwindigkeit V.
Wie weiter vorstehend beschrieben wurde, eilt die Phase der Reibungskraft Tm des Lenksystems der des Lenkradwinkels θ voraus (siehe 3), und die Phase der Reifenrückwirkkraft Tsat bleibt hinter der des Lenkradwinkels θ zurück (siehe 4); daher ist die Lenkungsrückwirkkraft MT als die resultierende Kraft aus der Reibungskraft Tm des Lenksystems und der Reifenrückwirkkraft Tsat zusammengesetzt. Obwohl die Phasenverzögerung der Reifenrückwirkkraft Tsat beim Ansteigen der Fahrzeuggeschwindigkeit V größer wird, kann der Einfluß der Phasenverzögerung der Reifenrückwirkkraft Tsat durch Erhöhen der Reibungskraft Tm unterdrückt werden, und im Ergebnis dessen kann die Abnahme der Hysteresebreite der Kennlinie von Lenkradwinkel gegen Lenkungsrückwirkkraft bei hoher Geschwindigkeit unterdrückt werden.
Es ist auch möglich, die Reibungskraft Tm anhand des Differentialterms der Querbeschleunigung LA, welcher einen erfaßten Veränderungszustand der Querbeschleunigung LA angibt, einzustellen. Z.B. wird, wie in 25 dargestellt ist, die Ölpumpe 170 gesteuert, um den Öldruck in dem Raum 180 beim Ansteigen von |dLA/dt|, welches der Absolutwert des Differentialterms der Querbeschleunigung LA ist, zu erhöhen. In diesem Fall, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V höher wird und die Lenkgeschwindigkeit |dθ/dt| größer wird, gehen die Kennlinien von 25 von der Strichlinie über die durch Striche unterbrochene Linie zu der mit Doppelstrichen unterbrochenen Linie über.
Angenommen, eine variable Reibungskraft Tmσ2 stellt den Veränderungsbetrag der Reibungskraft Tm des Lenksystems bei Veränderung des Öldrucks in dem Raum 180 dar, dann ist die Beziehung zwischen dem Lenkradwinkel θ und der variablen Reibungskraft Tmσ2 wie in 26 dargestellt, und die Beziehung zwischen der Reibungskraft Tm, welche die auf das Lenksystem einwirkende Gesamtreibungskraft ist, und dem Lenkradwinkel θ ist wie in 27 dargestellt. In diesem Fall gehen, wenn der festgesetzte Öldruck in dem Raum 180 größer wird, die Kennlinien von 26 und 27 von der Strichlinie über die mit Strichen unterbrochene Linie in die mit Doppelstrichen unterbrochene Linie über.
Wenn die variable Reibungskraft Tmσ2 anhand des Differentialterms der Querbeschleunigung LA wie vorstehend beschrieben eingestellt wird, kann die Reibungskraft Tm des Lenksystems verändert werden, um die Reibungskraft nahe dem Lenkradwinkel θ = 0, wo sich die Lenkung nahe der Neutralstellung befindet, im Vergleich mit den beiden Seitenbereichen, wo der Lenkradwinkel |θ| groß ist, zu erhöhen.
Ferner kann eine variable Gesamtreibungskraft Tmσ durch Kombinieren der variablen Reibungskräfte Tmσ1, Tmσ2, die wie vorstehend beschrieben festgelegt wurden, festgelegt werden. Z.B. wird, wenn angenommen wird, das K1, K2, K3 und K4 positive Koeffizienten sind, die variable Gesamtreibungskraft Tmσ auf Tmσ = K1·Tmσ1 + K2·Tmσ2 in dem Bereich hoher Geschwindigkeit und auf Tmσ = K3·Tmσ1 – K4·Tmσ2 in dem Bereich niedriger Geschwindigkeit festgesetzt.
Wenn die variable Gesamtreibungskraft Tmσ wie vorstehend beschrieben festgelegt wird, ist die Beziehung zwischen der Reibungskraft Tm, welche die Gesamtreibungskraft ist, die auf das Lenksystem einwirkt, und dem Lenkradwinkel θ so wie in 28 dargestellt; die Beziehung in dem Bereich hoher Geschwindigkeit ist die, welche durch eine durchgezogene Linie, und die Beziehung in dem Bereich niedriger Geschwindigkeit ist die, welche durch eine Strichlinie gekennzeichnet ist. Daher kann die Steuerung folgendermaßen ausgeführt werden: Die Reibungskraft Tm wird in dem Bereich hoher Geschwindigkeit relativ erhöht, und insbesondere wird die Reibungskraft Tm nahe dem Lenkungswinkel θ = 0 erhöht; andererseits wird die Reibungskraft Tm in dem niedrigen Geschwindigkeitsbereich relativ vermindert, und insbesondere wird die Reibungskraft Tm nahe dem Lenkungswinkel θ = 0 auf ein niedriges Niveau gesteuert.
Angenommen, der Phasenunterschied der Reifenrückwirkkraft Tsat gegenüber dem Lenkungswinkel θ ist konstant, so wirkt die vorstehende Steuerung der Reibungskraft Tm so, daß die Phase der Lenkungsrückwirkkraft MT gegen den Lenkungswinkel θ bei Ansteigen der Reibungskraft Tm weiter vorgeschoben wird. Dieser Vorgang kann die Breite der Hysterese der Kennlinie der Kennlinie von Lenkungswinkel θ gegen Lenkungsrückwirkkraft MT erhöhen.
Z.B. wird in dem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit die Hysteresebreite nahe dem Lenkungswinkel θ = 0 durch das Ansteigen der Phasenverzögerung der Reifenrückwirkkraft Tsat hinter den Lenkungswinkel θ vermindert, wie in 29A dargestellt ist. In diesem Fall kann durch Steuern der Reibungskraft Tm, wie durch die durchgezogene Linie von 28 angegeben ist, die Phase der Lenkungsrückwirkkraft MT insbesondere nahe dem Lenkungswinkel θ = 0 nach vorn verschoben werden, und dieser Vorgang kann die Hysteresebreite nahe dem Lenkungswinkel θ erhöhen, wie in 29B dargestellt ist.
Wenn eine relativ große Reibungskraft vorher als die Reibungskraft Tm des Lenksystems ausgeübt wird, ist die Kennlinie von Lenkungswinkel θ gegen Lenkungsrückwirkkraft MT in dem Bereich niedriger Geschwindigkeit z.B. so, wie in 30A dargestellt ist. In diesem Fall wird die Reibungskraft Tm in dem gesamten Bereich des Lenkungswinkels θ z.B. durch Steuern der Reibungskraft, wie durch die Strichlinie von 28 gekennzeichnet, vermindert. Das führt zu vermehrtem Abnehmen des Grads der Phasenvoreilung der Lenkungsrückwirkkraft MT vor den Lenkungswinkel θ. Dieser Vorgang kann die Hysteresebreite in dem gesamten Bereich des Lenkungswinkels θ vermindern, wie in 30B dargestellt ist, wodurch das Lenkgefühl in dem gesamten Bereich des Lenkungswinkels θ bei niedriger Geschwindigkeit leichter gemacht werden kann.
Die vierte Ausführungsform wurde als das Beispiel beschrieben, in welchem die Ölpumpe 170 zum Verändern des Öldrucks in dem Raum 180, wie in 22 dargestellt, angeordnet war, aber eine an dem Fahrzeug montierte Servolenkvorrichtung vom hydraulischen Typ kann so wie sie ist ebenfalls als Erzeugungsvorrichtung für den Öldruck verwendet werden.
31A bis 31C zeigen den Aufbau einer derartigen Vorrichtung. In den Figuren werden die gleichen Elemente wie jene in 22 durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Ein von einer Flügelpumpe 210 geliefertes Öl fließt in ein Strömungsteilungsventil 220, um in einen Durchflußweg P1 zu einem Magnetventil 230, einen Durchflußweg P2 zu einem Drehschieber 240 und einen Durchflußweg P3 zu einer hydraulischen Rückwirkkammer 250 verzweigt zu werden. Der Durchflußweg P3 ist auf halbem Wege zu einem Durchflußweg P4 verzweigt, und der Durchflußweg P4 ist mit dem Raum 180 verbunden. Daher verändert sich der Öldruck in dem Raum 180 bei Veränderung des Öldrucks in der hydraulischen Rückwirkkammer 250. Die hydraulische Rückwirkkammer 250 nimmt eine Steuerventilachse 252, die mit der Lenkwelle 110 ineinandergreift, einen Stößel 251 zum Drücken der Steuerventilachse 252 unter Wirkung des Öldrucks an der Rückseite usw. auf.
Während der Geradeausfahrt des Fahrzeugs wird der Öldruck der Leitung durch Verändern einer Öffnungsfläche (Ventilbewegung) der Öffnung des Magnetventils 230 zu dem Durchfluß weg P1 unter Steuerung durch eine Steuereinheit 260 gesteuert. Die Steuereinheit 260 gibt einen Steuerstrom Iv entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit V, z.B. wie in 32 dargestellt, an das Magnetventil 230 aus, und eine Öffnungskennlinie des Magnetventils 230 in Abhängigkeit von dem Steuerstrom Iv ist z.B. wie in 33 dargestellt.
Je höher die Fahrzeuggeschwindigkeit V ist, desto kleiner ist dementsprechend die Öffnungsfläche des Magnetventils 230; das erhöht den Öldruck in der hydraulischen Rückwirkkammer 250 und erhöht gleichzeitig auch den Öldruck in dem Raum 180 in dem Zahnstangengehäuse 100, wodurch die Reibungskraft, die auf Lenksystem einwirkt, erhöht wird. In dem mittleren und hohen Geschwindigkeitsbereich wird die Ventilöffnung des Drehschiebers 240 mit der Handhabung des Lenkrads vermindert, um den Öldruck in dem Durchflußweg P2 zu dem Drehschieber 240 zu erhöhen und damit den Öldruck in den Durchflußwegen P3 und P4 zu erhöhen. Ferner wird mit dem Ansteigen des Öldrucks in dem Durchflußweg P2 das Öl dem Durchflußweg P4 über eine fest angeordnete Öffnung 270 zugeführt, um den Öldruck in den Durchflußwegen P3 und P4 mehr zu erhöhen. Dieser Vorgang erhöht den Öldruck in dem Raum 180 während des Lenkens beim Fahren in dem mittleren und hohen Geschwindigkeitsbereich weiter, um die Reibungskraft, die auf das Lenksystem einwirkt, weiter zu erhöhen.
Somit kann die Reibungskraft des Lenksystems auch durch die Verwendung der Servolenkvorrichtung vom hydraulischen Typ, wie vorstehend beschrieben wurde, verändert werden.
Die vorstehend beschriebene vierte Ausführungsform stellte ein Beispiel dar, in welchem die Reibungskraft des Lenksystems entsprechend dem Differentialterm der Querbeschleunigung LA verändert wurde, aber die Reibungskraft, die auf das Lenksystem einwirkt, kann auch anhand eines Signals, welches anstelle dieses Differentialterms durch sachgerechtes Einstellen des Winkels "α" als ein Phasenvoreilungswinkel oder als ein Phasenverzögerungswinkel, wie durch Gl. (11) angege ben, und Veränderung der Phase des Erfassungsergebnisses der Querbeschleunigung LA gesteuert werden.
Die vierte Ausführungsform verwendete die Querbeschleunigung LA als ein Beispiel des Erfassungsergebnisses entsprechend der Größe der äußeren Kraft, die von den Rädern auf das Lenksystem einwirkt, aber die Querbeschleunigung LA kann durch jedes der Erfassungsergebnisse der Gierung Yr und der Fahrzeuggeschwindigkeit V, der axialen Kraft Fr, die auf die Achswelle 52 einwirkt, oder des Laststromwerts Ir des Unterstützungsmotors 54 ersetzt werden (siehe 10).
Ferner kann die Reibungskraft Tm des Lenksystems ähnlich auch auf der Grundlage des Lenkradwinkels θ, der Hubposition der Zahnstangenwelle 130 usw., welche die mechanische Verlagerungsstellung entsprechend der Handhabung des Lenkrads 50 darstellen können, zusätzlich zu dem Erfassungsergebnis entsprechend der Größe der auf das Lenksystem einwirkenden äußeren Kraft gesteuert werden.
Die vierte Ausführungsform wurde aufgebaut, um die auf das Lenksystem einwirkende Reibungskraft durch Verändern des Öldrucks in dem Raum 180 zu verändern, aber es kann z.B. auch die Festziehposition des Sockels 150 durch Drehen des an dem Zahnstangengehäuse 100 festgezogenen Sockels 150 mittels eines Aktors, wie z.B. eines Motors oder dergleichen, gesteuert werden. In diesem Fall kann die Reibungskraft des Lenksystems verändert werden, wenn die Schubkraft der Schraubenfeder 160, die auf die Zahnstangenführung 140 drückt, durch Vorwärts- oder Rückwärtsverlagerung des Sockels 150 verändert wird.
Diese Steuerung der Reibungskraft kann weiterhin auf eine Lenkeinrichtung eines Typs, in welchem das Lenksystem und das gelenkte System mechanisch getrennt sind und in welchem die Lenkungsrückwirkkraft durch einen Rückwirkmotor 300 gesteuert wird, angewendet werden, wie in 34 dargestellt ist. In diesem Fall kann eine Steuervorrichtung für die Rei bungskraft z.B. eine sogenannte Scheibenbremse sein, in welcher eine mit einer Lenkwelle 310 einstückig aufgebaute Scheibe 320 durch Bremsklötze 330, um die Reibungskraft entgegen der Drehrichtung der Lenkwelle 310 zu erzeugen, eingeklemmt wird. In dieser Vorrichtung kann die Reibungskraft des Lenksystems z.B. durch Steuern des Öldrucks oder dergleichen, welcher die Klemmkraft der Bremsklötze erzeugt, gesteuert werden.
Eine Spule 340 ist um die Lenkwelle 310 herum angeordnet, und somit ist ein elektrischer Aktor aus einem Ständer der Spule 340 und einem Rotor der Lenkwelle 310 zusammengesetzt. In diesem Aufbau kann die Rückwirkkraft entgegen der Drehrichtung der Lenkwelle 310 durch eine zwischen der Spule 340 und der Lenkwelle 310 erzeugte elektromagnetische Kraft ausgeübt werden. In diesem Fall kann die Rückwirkkraft des Lenksystems durch Steuern des in der Spule 340 fließenden Stroms gesteuert werden.
In dieser Ausführungsform ist die Einrichtung mit einer Vorrichtung zum Einstellen von Reibungskraft für das Verändern der auf das Lenksystem einwirkenden Reibungskraft durch die Antriebskraft des Aktors versehen. Da die auf der Reibungskraft basierende Rückwirkkraft des Lenksystems ebenfalls eine von den Kraftkomponenten der Lenkungsrückwirkkraft ist, kann die Phase der Lenkungsrückwirkkraft ebenfalls durch Verändern dieser Reibungskraft gesteuert werden. Da die auf dieser Reibungskraft basierenden Rückwirkkraft eine Kraft entgegen der Lenkrichtung ist, hat sie eine Phasenvoreilung vor die Veränderung des Lenkradwinkels des Lenkrads. Der Grad der Phasenvoreilung vor den Lenkradwinkel wird dementsprechend durch Verändern der auf das Lenksystem einwirkenden Reibungskraft durch die Vorrichtung zum Einstellen von Reibungskraft verändert. Auf diese Weise wird die Phase der auf das Lenkrad einwirkenden Lenkungsrückwirkkraft durch Verändern der Reibungskraft des Lenksystems und deren Kombinieren mit der auf der äußeren Kraft basierenden Rückwirkkraft, die auf das Lenksystem einwirkt, gesteuert.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist die Lenkungssteuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung durch Verwenden des Aufbaus mit dem Aktor für das Ausüben von Antriebskraft auf das Lenksystem und die Phasensteuerungsvorrichtung zum Steuern der Phase der auf das Lenkrad einwirkenden Lenkungsrückwirkkraft durch Steuerung des Antriebs des Aktors aufgebaut. Daher kann die Einrichtung die Breite der Hysterese der Kennlinie von Lenkradwinkel gegen Lenkungsrückwirkkraft steuern, wodurch die Hysteresebreite beliebig festgelegt oder geeignet verändert werden kann, ohne den mechanischen Aufbau abzuwandeln.
Aus der auf diese Weise beschriebenen Erfindung sollte ersichtlich sein, daß Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne daß von dem Schutzbereich der Erfindung abgewichen wird, der in den nachstehenden Patentansprüchen beansprucht ist.

Claims

Lenkungssteuerungsvorrichtung zum Steuern einer Lenkungsrückwirkkraft (MT), wobei die Lenkungssteuerungsvorrichtung aufweist: – einen in einem Lenksystem zwischen einem Lenkrad (50) und gelenkten Straßenrädern (W) eines Fahrzeugs eingefügten Aktor 54, der zum Ausüben einer Antriebskraft auf das Lenksystem dient; und – Phasensteuerungsvorrichtungen (60) zum Steuern einer Phase der Lenkungsrückwirkkraft (MT), die auf das Lenkrad (50) durch das Lenksystem hindurch einwirkt, durch steuernden Antrieb des Aktors (54), dadurch gekennzeichnet, daß die Phasensteuerungsvorrichtung (60) anhand eines Erfassungsergebnisses, welches direkt oder indirekt eine äußere Kraft (Tsat) kennzeichnet, die von den gelenkten Straßenrädern (W) auf das Lenksystem einwirkt, einen Steuerbetrag (Im) für den Aktor (54) festlegt.
Lenkungssteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Antriebskraft des Aktors (54) veranlaßt wird, entlang einer Verlagerungsrichtung des Lenksystems zu wirken.
Lenkungssteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, die ferner Reibungskrafteinstellvorrichtungen (140, 160, 170, 180) für das Verändern einer Reibungskraft (Tm) aufweist, die auf das Lenksystem einwirkt.
Lenkungssteuerungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Phasensteuerungsvorrichtung (60) den Steuerbetrag (Im) für den Aktor (54) festlegt, um die Phase der Lenkungsrückwirkkraft (MT) gegen einen Lenkradwinkel (θ) des Lenkrads (50) nach vorn zu verschieben.
Lenkungssteuerungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Phasensteuerungsvorrichtung (60) den Steuerbetrag (Im) für den Aktor (54) festlegt, um die Phase der Lenkungsrückwirkkraft (MT) gegen den Lenkradwinkel (θ) des Lenkrads (50) nach hinten zu verschieben.
Lenkungssteuerungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Phasensteuerungsvorrichtung (60) den Steuerbetrag (Im) außerdem anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit (V) festlegt.
Lenkungssteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Phasensteuerungsvorrichtung (60) den Steuerbetrag (Im) festlegt, um die Phase der Lenkungsrückwirkkraft (MT) gegen den Lenkradwinkel (θ) des Lenkrads (50) bei hoher Geschwindigkeit nach vorn zu verschieben und um die Phase der Lenkungsrückwirkkraft (MT) gegen den Lenkradwinkel (θ) des Lenkrads (50) bei niedriger Geschwindigkeit nach hinten zu verschieben.
Lenkungssteuerungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Phasensteuerungsvorrichtung (60) den Steuerbetrag (Im) ferner anhand eines Veränderungszustands des Erfassungsergebnisses festlegt.
Lenkungssteuerungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Phasensteuerungsvorrichtung (60) den Steuerbetrag (Im) für den Aktor (54) anhand einer mechanischen Verlagerung entsprechend der Handhabung des Lenkrads (50) korrigiert, um eine durch die Veränderung der Phase verursachte Veränderung der Lenkungsrückwirkkraft (MT) zu unterdrücken.
Lenkungssteuerungsvorrichtung entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Phasensteuerungsvorrichtung (60) eine Phase eines Signals, das ein Erfassungsergebnis angibt, verändert und den Steuerbetrag (Im) anhand des Erfassungsergebnisses nach der Veränderung der Phase festlegt.