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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge,
die eine elektrische Antriebseinheit wie beispielsweise einen Elektromotor
aufweist, um ein Lenkverhältnis
(ein Winkelverhältnis
zwischen einem Lenkradwinkel und einem Fahrradwinkel) des Fahrzeugs
zu ändern.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Lenkverhältnissteuerverfahren
für Kraftfahrzeuge.
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Die
Europäische
Offenlegungsschrift
EP
1 419 952 A2 offenbart eine Lenksteuerungseinrichtung mit
einem Elektromotor zum Erzeugen eines Drehmomentes zum Antreiben
eines Untersetzungsmechanismus, um somit ein Übersetzungsverhältnis zwischen
der Eingangs- und Ausgangsseite der Lenksäule, d. h. ein Lenkverhältnis zu ändern, und
einer Motorsteuerschaltung, die auf einer Leiterplatte montiert
ist, um Strom zu einem Elektromotor zuzuführen. Die Lenksteuerungseinrichtung
gemäß der D2
ist derart konfiguriert, dass der Strom zu dem Elektromotor und
demzufolge das Lenkverhältnis
mit dem Drehmoment variiert wird, wenn die Leiterplattentemperatur
hoch ist. Die Justierung des Lenkradwinkels erfolgt somit wenn der
Elektromotor eine bestimmte Temperaturbedingung erfüllt.
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Die
JP 11-099956 A (=
US 6,155,377 A ) lehrt,
durch Verschieben der Eingangswelle innerhalb eines vorbestimmten
Bereichs, die Exzentrizität zwischen
Eingangs- und Ausgangswelle zu ändern hierdurch
eine Relativdrehwinkeldifferenz zwischen der Eingangs- und Ausgangswelle
zu erzeugen.
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In
der
japanischen Veröffentlichung
eines offengelegten Patents Nr. 2003-182622 (=
EP 1 304 276 A1 )
wird eine Lenkeinrichtung für
Kraftfahrzeuge vorgeschlagen, die mit einem Elektromotor versehen ist,
um ein Lenkverhältnis
des Fahrzeugs entsprechend einer Lenkverhältniseigenschaft zu ändern. Es besteht
die Möglichkeit,
dass der Elektromotor einen hohen Strom aufnimmt, und überhitzt
wird, beispielsweise wenn das Lenkrad festgehalten oder wiederholt
in eine Lenkverriegelungsposition gedreht wird. Um eine derartige Überhitzung
des Motors zu verhindern, stellt die voranstehend geschilderte Lenkeinrichtung
eine Lenkverstärkung
R der Lenkverhältniseigenschaft
in Reaktion auf eine Temperaturerhöhung des Motors so ein, dass
die Lenkverstärkung sich
näher an
ihr Basisniveau Rc annähert
(bei welcher die Lenkverstärkung
R keiner Lenkverhältnissteuerung
unterliegt), wie in
6 gezeigt ist.
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Bei
der voranstehend geschilderten Lenkeinrichtung nimmt jedoch die
Lenkverstärkung
R im wesentlichen Werte nahe an dem Basisniveau Rc in einem mittleren
Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich an, wodurch das Ausmaß der Einstellung
der Lenkverstärkung
R selbst dann gering ist, wenn bei dem Motor eine Überhitzungsschutztemperaturschwelle
Tth überschritten
wird. Dies führt
nur zu einer geringfügigen Überhitzungsschutzwirkung
bei dem Motor.
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Daher
besteht ein Vorteil bei der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung
einer Lenkeinrichtung für
Kraftfahrzeuge, bei welcher eine elektrische Antriebseinheit, beispielsweise
ein Elektromotor, gegenüber
einer Überhitzung
geschützt
werden kann, unabhängig
vom Betriebszustand des Fahrzeugs.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
eines Lenkverhältnissteuerverfahrens
für Kraftfahrzeuge.
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Die
erfindungsgemäße Lösung der
Aufgabe erfolgt durch eine Lenkeinrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 bzw. 8 sowie durch ein Lenkverhältnissteuerverfahren mit den
Merkmalen des Anspruchs 13. Vorteilhafte Weiterentwicklung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
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Gemäß der Erfindung
wird die Lenkverhältniseigenschaft
als eine Funktion von zwei Faktoren definiert: eine Lenkverstärkung R
und eine Lenkreaktionsrate τ.
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
wird die Lenkverhältniseigenschaft
durch die Gleichung gemäß Anspruch
5 wiedergegeben, d. h. δm = (R – 1) × θs + τ × s × θs.
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Durch
diese beispielhafte Ausführungsform geht
hervor, dass die Lenkverstärkung
R einen Multiplikationskoeffizienten für den Lenkradwinkel θs definiert.
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Die
Lenkreaktionsrate τ bezieht
sich auf die Reaktion der Lenkverhältniseigenschaft auf eine Änderung
des Lenkradwinkels θs
und definiert einen Multiplikationskoeffizienten für die Lenkreaktion
(s × θs), welcher
durch die Differentiation des Lenkradwinkels θs erhalten wird. Hierdurch
ergibt sich τ × s × θs. Anders
ausgedrückt,
die Lenkreaktionsrate τ könnte auch
als eine Zeitkonstante (oder eine Lenkreaktionszeitkonstante) angesehen
werden.
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In
einem stationären
Zustand, bei welchem keine Änderung
des Lenkradwinkels θs
eintrifft, ist der Lenkwinkel-Differentiationswert
(s × θs) gleich Null,
sodass die Lenkverhältniseigenschaft
auf Basis des ersten Ausdrucks [(R – 1) × θs] der obigen Gleichung bestimmt
wird. Andererseits wird die Lenkverhältniseigenschaft auf Basis
des ersten Ausdrucks [(R – 1) × θs] und des
zweiten Ausdrucks [(τ × s × θs)] der
obigen Gleichung in einem Übergangszustand bestimmt,
während
eine Änderung
des Lenkradwinkels θs
stattfindet.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile hervorgehen. Es zeigt:
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1 ein
Blockschaltbild einer Fahrzeuglenkeinrichtung gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ein
Flussdiagramm einer Motorüberhitzungsschutzsteuerung,
die von der Lenkeinrichtung gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der
Erfindung durchgeführt
wird;
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3 ein
Steuerkennfeld der Fahrzeugeigenschaften, welches eine Beziehung
zwischen einer Fahrzeuggierrate und einer Lenkverstärkung gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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4 ein
Steuerkennfeld für
die Fahrzeugeigenschaften, welches eine Beziehung zwischen der Fahrzeuggierrate
und einer Lenkreaktionsrate gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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5 eine
schematische Darstellung von Motorüberhitzungsschutzeffekten gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung; und
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6 eine
schematische Darstellung von Motorüberhitzungsschutzeffekten nach
dem Stand der Technik.
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Nunmehr
wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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In 1 ist
eine beispielhafte Ausführungsform
der Erfindung dargestellt, eine Lenkeinrichtung zum Steuern von
Straßenrädern 8 eines
Kraftfahrzeugs in Reaktion auf eine Lenkbetätigung eines Fahrers, wobei
ein vom Fahrer betätigtes
Lenkrad 1 vorgesehen ist, eine Lenkwelle 2, ein
Mechanismus 3 mit variablem Lenkverhältnis, eine Ritzelwelle 4,
ein Lenkgetriebe 5, eine Spurstange 6, ein Kurbelarm 7, eine
Steuereinheit 13, und eine Warneinheit 14. Es wird
darauf hingewiesen, dass das Fahrzeug zwar vier Straßenräder 8 aufweist,
jedoch nur Vorderräder 8 in 1 dargestellt
sind.
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Das
Lenkrad 1 ist mit der Eingangsseite des Mechanismus 3 für ein variables
Lenkverhältnis über die
Lenkwelle 2 verbunden, wogegen die Straßenräder 8 mit der Ausgangsseite
des Mechanismus 3 für ein
variables Lenkverhältnis über die
Ritzelwelle 4, das Lenkgetriebe 5, Spurstangen 6 und
Kurbelarme 7 verbunden sind.
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Der
Mechanismus 3 für
ein variables Lenkverhältnis
weist einen Elektromotor 9 als elektrische Antriebseinheit
auf, welche gesteuert durch die Steuereinheit 13 betrieben
wird, um das Lenkverhältnis des
Fahrzeugs zu ändern,
welches definiert ist als Verhältnis
eines Lenkwinkels δm
von Straßenrädern 8 (nachstehend
bezeichnet als ”Straßenradwinkel”) zum Lenkwinkel θs des Lenkrades 1 (nachstehend bezeichnet
als ”Lenkradwinkel”). Der
Drehwinkel und die Richtung des Elektromotors 9 werden
durch einen Drehkodierer überwacht.
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Für das Verfahren
zum Ändern
des Lenkverhältnisses
gibt es keine spezielle Einschränkung,
und das Lenkverhältnis
kann durch ein bekanntes Verfahren geändert werden. So weist beispielsweise
der Mechanismus
3 für
ein variables Lenkverhältnis
eine Eingangswelle auf, die mit dem Lenkrad
1 verbunden ist,
wobei das Zentrum der Eingangswelle innerhalb eines vorbestimmten
Bereiches zwischen A0 bis A2 (vgl.
3 der
US 6,155,377 A )
verschoben werden kann, und eine Ausgangswelle, die mit Straßenrädern
8 verbunden
ist, um so die Exzentrizität
zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle zu ändern, und
hierdurch eine Relativdrehwinkeldifferenz zwischen der Eingangswelle
und der Ausgangswelle zu erzeugen, so dass sich das Lenkverhältnis innerhalb
eines vorbestimmten Bereichs des Modifikationsfaktors zwischen R0
bis R2 (vgl. Spalte 7, Zeilen 13 bis 14 der
US 6,155,377 A ) ändert, in
Reaktion auf eine Verschiebung des Eingangswellenzentrums des Mechanismus
3 mit
variablem Lenkverhältnis durch
den Einfluss der Drehenergie des Elektromotors
9.
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Weiterhin
sind in dem Fahrzeug, wie in 1 gezeigt,
ein Motortemperatursensor 10, der an dem Elektromotor 9 angebracht
ist, um die Temperatur Tm des Elektromotors 9 zu erfassen
(nachstehend bezeichnet als ”Motortemperatur”), sowie
ein Lenkradwinkelsensor 11 vorgesehen, der an der Lenkwelle 2 angebracht
ist, um den Lenkradwinkel θs
zu erfassen, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 12 zur
Erfassung der Fahrtgeschwindigkeit V des Fahrzeugs (nachstehend
bezeichnet als ”Fahrzeuggeschwindigkeit”), auf
Grundlage der Radgeschwindigkeit eines der vier Straßenräder 8.
Diese Sensoren 10 bis 12 sind so an die Steuereinheit 13 angeschlossen,
dass die Steuereinheit 13 Eingaben in Bezug auf die Motortemperatur
Tm, den Lenkradwinkel θs,
und die Fahrzeuggeschwindigkeit V empfängt.
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Die
Steuereinheit 13 besteht beispielsweise aus einem Mikrocomputer,
und ist so programmiert, dass nach Empfang der Messsignale von den
Sensoren 10 bis 12 eine Lenkverhältniseigenschaft
des Fahrzeugs als Funktion von zwei Faktoren eingestellt wird, nämlich der
Lenkverstärkung
R und der Lenkreaktionsrate τ gemäß einem
Betriebszustand des Fahrzeugs (beispielsweise der Fahrzeuggeschwindigkeit
V), ein Soll-Lenkverhältnis
(δm/θs) eingestellt wird,
auf Grundlage der Lenkverhältniseigenschaft, und
dann ein Steuerbefehl erzeugt wird, um den Elektromotor 9 dazu
zu veranlassen, das Soll-Lenkverhältnis zu erreichen. Die Steuereinheit 13 kann beispielsweise
einen Speicher aufweisen, in welchem Lenkverstärkungs- und Reaktionsrateneigenschaftskennfelder
gespeichert sind, um die Lenkverstärkung R und die Lenkreaktionsrate τ aus den
jeweiligen Eigenschaftskennfeldern in Abhängigkeit von dem Fahrzeugbetriebszustand
zurück
zu holen, oder kann die Lenkverstärkung R und die Lenkreaktionsrate τ mittels
Berechnung in Abhängigkeit
von dem Fahrzeugbetriebszustand erhalten.
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Die
Steuereinheit 13 ist weiterhin so programmiert, dass eine
Motorüberhitzungsschutzsteuerung
in Abhängigkeit
von der Motortemperatur Tm durchgeführt wird, um eine Überhitzung
des Elektromotors 9 bei der Lenkverhältnissteuerung zu verhindern.
Während
der Motorüberhitzungsschutzsteuerung
betätigt
die Steuereinheit 13 die Warneinheit 14 so, dass
ein Fahrer gewarnt wird, wenn die Motortemperatur Tm die maximale
Betriebstemperaturgrenze Tmax des Elektromotors 9 überschreitet.
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Wie
aus 2 hervorgeht, wird die Motorüberhitzungsschutzsteuerung
durch die Ausführung des
folgenden Programms bei der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt.
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Zuerst
liest die Steuereinheit 13 im Schritt S1 die Fahrzeuggeschwindigkeit
V vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 12.
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Dann
liest die Steuereinheit 13 im Schritt S2 den Lenkradwinkel θs vom Lenkradwinkelsensor 10.
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Dann
liest die Steuereinheit 13 im Schritt S3 die Motortemperatur
Tm vom Motortemperatursensor 11.
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Im
Schritt S4 beurteilt die Steuereinheit 13, ob die Motortemperatur
Tm die erste Temperaturschwelle T1 überschreitet. Bei Nein im Schritt
S4 geht die Programmsteuerung zum Schritt S5 über. Bei Ja im Schritt S4 geht
die Programmsteuerung zum Schritt S7 über.
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Die
erste Temperaturschwelle T1 wird vorzugsweise auf einen Temperaturwert
eingestellt, bis zu welchem die Betriebslebensdauer des Elektromotors 9 nicht
negativ beeinflusst wird. Aus dem Grund, dass eine Überhitzung
des Elektromotors 9 dann sehr wahrscheinlich ist, wenn
ständig ein
festes Steuern im Bereich niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit durchgeführt wird,
ist es vorzuziehen, dass die erste Temperaturschwelle T1 in Abhängigkeit
von der Fahrzeuggeschwindigkeit V abnimmt.
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Im
Schritt S5 stellt die Steuereinheit 13 die Lenkverstärkung R
und die Lenkreaktionsrate τ auf ein
jeweiliges, normales Steuerniveau Rn bzw. τn ein, in Abhängigkeit
von der Fahrzeuggeschwindigkeit V. Die Programmsteuerung geht dann
zum Schritt S6 über.
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Die
Lenkverstärkung
Rn für
normale Steuerung wird höher
eingestellt als das Basisverstärkungsniveau
Rc, wenn sich das Fahrzeug im Bereich niedriger Geschwindigkeiten
befindet, wird stärker
an das Basisverstärkungsniveau
Rc angenähert,
wenn sich das Fahrzeug im Bereich mittlerer Geschwindigkeiten befindet,
und wird niedriger als das Basisverstärkungsniveau Rc eingestellt,
wenn sich das Fahrzeug im Bereich hoher Geschwindigkeiten befindet. Die
Lenkreaktionsrate τn
für normale
Steuerung wird höher
eingestellt als das Basisreaktionsniveau τc, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
V abnimmt. Das Basisverstärkungsniveau
Rc und das Basisreaktionsniveau τc
werden hierbei als die herkömmlichen Niveaus
der Lenkverstärkung
R bzw. der Lenkreaktionsrate τ ohne
Lenkverhältnissteuerung
eingestellt. Die Lenkverstärkung
und die Reaktionsfaktoren Rn und τn
für normale
Steuerung werden nämlich
beide so auf hohe Niveaus eingestellt, dass das Lenkverhältnis erhöht wird,
und hierdurch der Lenkaufwand für
den Fahrer verringert wird, wenn sich das Fahrzeug im Bereich niedriger
Geschwindigkeiten befindet, und werden dann auf niedrige Niveaus
eingestellt, um das Lenkverhältnis
zu verringern, und hierdurch eine übermäßig schnelle oder unmittelbare Fahrzeugbewegung
zu verhindern, wenn sich das Fahrzeug im Bereich hoher Geschwindigkeiten
befindet. Dies ermöglicht
es, das Verhalten beim Kurvenfahren in einem stationären (statischen)
Lenkzustand sicherzustellen, und die Fahrzeugstabilität beim Fahren
des Fahrzeugs mit hoher Geschwindigkeit zu verbessern. Diese normalen
Steuerfaktoren Rn und τn bleiben
konstant, unabhängig
von der Motortemperatur Tm.
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Im
Schritt S6 bestimmt die Steuereinheit 13 einen Sollwert
für den
Straßenradwinkel δm auf Grundlage
des Lenkradwinkels θs,
der Lenkverstärkung
R, und der Lenkreaktionsrate τ,
und erzeugt dann ein Antriebssignal für den Elektromotor 9,
um den Elektromotor 9 so zu betreiben, dass der ermittelte
Straßenradwinkel δm erreicht
wird. Der Straßenradwinkel δm ergibt
sich aus folgendem Ausdruck: δm = (R – 1) × θs + τ × s × θswobei R die Lenkverstärkung ist; θs der Lenkradwinkel; τ die Lenkreaktionsrate;
und s der Laplace-Operator.
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Im
Schritt S7 beurteilt die Steuereinheit 13, ob die Motortemperatur
Tm eine zweite Temperaturschwelle T2 überschreitet, die höher ist
als die erste Temperaturschwelle T1. Bei Nein im Schritt S7 geht die
Programmsteuerung zum Schritt S8 über. Bei Ja im Schritt S7 geht
die Programmsteuerung zum Schritt S9 über.
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Die
zweite Temperaturschwelle T2 wird vorzugsweise niedriger eingestellt
als ein Temperaturwert, bei welchem die Lenkeinrichtung unfähig dazu wird,
eine Temperaturerhöhung
des Elektromotors 9 nur durch Einstellungen der Lenkreaktionsrate τ zu verhindern.
Weiterhin ist es vorzuziehen, dass die zweite Temperaturschwelle
T2 in Abhängigkeit
von der Fahrzeuggeschwindigkeit V abnimmt, und zwar aus dem Grund,
dass eine Überhitzung
des Elektromotors 9 dann wahrscheinlich wird, wenn ein
ständiges,
durchgehendes Lenken im Bereich niedriger Fahrzeuggeschwindigkeiten
auftritt.
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Im
Schritt S8 stellt die Steuereinheit 13 die Lenkverstärkung R
auf das normale Steuerniveau Rn entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit
V ein, stellt jedoch die Lenkreaktionsrate τ auf ein Überhitzungsschutzsteuerniveau τov in Abhängigkeit
von der Fahrzeuggeschwindigkeit V und der Motortemperatur Tm ein.
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Die
Lenkreaktionsrate τov
für die Überhitzungsschutzsteuerung
wird niedriger eingestellt als die Lenkreaktionsrate τn für normale
Steuerung, und zwar auf solche Weise, dass sich die Lenkreaktionsrate τov für die Überhitzungsschutzsteuerung
näher an
das Basisreaktionsniveau τc
annähert,
wenn die Motortemperatur Tm zunimmt.
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Im
Schritt S9 beurteilt die Steuereinheit 13, ob die Motortemperatur
Tm die Motorbetriebstemperaturgrenze Tmax überschreitet. Bei Nein im Schritt S9
geht die Programmsteuerung zum Schritt S10 über. Bei Ja im Schritt S9 geht
die Programmsteuerung zum Schritt S11 über.
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Vorzugsweise
wird die Motorbetriebstemperaturgrenze Tmax auf einen maximal zulässigen Temperaturwert
eingestellt, bis zu welchem der Elektromotor 9 nicht sofort
einen Nothalt durchführt.
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Im
Schritt S10 stellt die Steuereinheit 13 nicht nur die Lenkreaktionsrate τ auf das Überhitzungsschutzsteuerniveau τov ein, sondern
stellt auch die Lenkverstärkung
R auf ein Überhitzungsschutzsteuerniveau
Rov ein, in Abhängigkeit
von der Fahrzeuggeschwindigkeit V und der Motortemperatur Tm.
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Das
Lenkverstärkungsniveau
Rov für
die Überhitzungsschutzsteuerung ändert sich
in Abhängigkeit
von der Motortemperatur Tm auf solche Weise, dass sich die Lenkverstärkung Rov
für Überhitzungssteuerung
stärker
an das Basisverstärkungsniveau
Rc als die Lenkverstärkung
Rn für
normale Steuerung annähert,
wenn die Motortemperatur Tm zunimmt.
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Im
Schritt S11 veranlasst die Steuereinheit 13, dass der Elektromotor 9 einen
Nothalt durchführt, und
betätigt
die Warneinheit 14, um den Fahrer in Bezug auf das Auftreten
einer anomalen Überhitzung des
Elektromotors 9 zu warnen, durch einen hörbaren Alarm
oder eine Anzeige.
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Zusammenfassend
können
die Steuervorgänge
der Steuereinheit 13 der Lenkeinrichtung auf die folgenden
vier Fälle
aufgeteilt werden, in Abhängigkeit
von der Motortemperatur Tm.
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Wenn
die Motortemperatur Tm kleiner oder gleich einer ersten Temperaturschwelle
T1 ist, durchläuft
die Programmsteuerung die Schritte S1, S2, S3, S4, S5 und S6. Daher
stellt die Steuereinheit 13 die Lenkverstärkung R
und die Lenkreaktionsrate τ auf normale
Steuerniveaus τn
und Rn im Schritt S5 ein, bestimmt den Soll-Straßenradwinkel δm auf Grundlage
dieser Lenkverstärkung
und dieser Reaktionsfaktoren Rn und τn, und betätigt dann den Elektromotor 9 so,
dass der Soll-Straßenradwinkel δm erreicht wird,
im Schritt S6.
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Wenn
die Motortemperatur Tm höher
als die erste Temperaturschwelle T1 ist, und kleiner oder gleich
einer zweiten Temperaturschwelle T2, durchläuft die Programmsteuerung die
Schritte S1, S2, S3, S4, S7, S8 und S6. In diesem Fall stellt die
Steuereinheit 13 die Lenkverstärkung R auf das normale Steuerniveau
Rn ein, und stellt die Lenkreaktionsrate τ auf das Überhitzungsschutzsteuerniveau τov im Schritt S8
ein, bestimmt den Soll-Straßenradwinkel δm auf Grundlage
dieser Lenkverstärkung
und dieser Reaktionsfaktoren Rn und τov, und betätigt dann den Elektromotor 9 so,
dass der Soll-Straßenradwinkel δm erreicht
wird, im Schritt S6.
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Wenn
die Motortemperatur Tm höher
ist als die zweite Temperaturschwelle T2, und kleiner oder gleich
der Motorbetriebstemperaturgrenze Tmax, durchläuft die Programmsteuerung die
Schritte S1, S2, S3, S4, S7, S9, S10 und S6. Die Steuereinheit 13 stellt
daher die Lenkverstärkung
R und die Lenkreaktionsrate τ auf Überhitzungsschutzsteuerniveaus
Rov und τov
im Schritt S10 ein, bestimmt den Soll-Straßenradwinkel δm auf Grundlage
dieser Lenkverstärkung
und dieser Reaktionsfaktoren Rov und τov, und betätigt dann den Elektromotor 9 so,
dass der Soll-Straßenradwinkel δm erreicht
wird, im Schritt S6.
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Wenn
die Motortemperatur Tm höher
ist als die Motorbetriebstemperaturgrenze Tmax, durchläuft die
Programmsteuerung die Schritte S1, S2, S3, S4, S7, S9 und S11. Daher
veranlasst die Steuereinheit 13, dass der Elektromotor 9 einen
Nothalt durchführt, und
veranlasst die Warneinheit 14 zur Abgabe einer Warnung
an den Fahrer im Schritt S11 in diesem Fall.
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Daher
wird die Lenkreaktionsrate τ auf
einen konstanten Wert eingestellt (auf dem normalen Steuerniveau τn), bis die
Motortemperatur Tm die erste Temperaturschwelle T1 erreicht, und
nimmt dann allmählich
ab (vom normalen Steuerniveau τn)
zum Basisniveau τc,
wenn die Motortemperatur Tm höher
als die erste Temperaturschwelle T1 wird, wie in 5 gezeigt,
im Zustand einer konstanten, stabilen Fahrzeuggeschwindigkeit V.
Im Zustand einer konstanten, stabilen Fahrzeuggeschwindigkeit V
wird die Lenkverstärkung
R auf einen konstanten Wert eingestellt (auf das normale Steuerniveau
Rn), bis die Motortemperatur Tm die zweite Temperaturschwelle T2
erreicht, und wird dann allmählich
(vom normalen Steuerniveau Rn aus) auf das Basisniveau Rc eingestellt, wenn
die Motortemperatur Tm höher
wird als die zweite Temperaturschwelle T2, wie in 5 gezeigt.
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Es
gibt einen Unterschied in Bezug auf die Auswirkung auf das Fahrzeugreaktionsverhalten
zwischen der Einstellung der Lenkverstärkung R und der Lenkreaktionsrate τ. Es wird
nunmehr angenommen, dass das Lenkrad 1 schnell in eine
Richtung und dann in die andere Richtung gedreht wird. Das Ausmaß der Änderung
der Fahrzeuggierrate wird groß, proportional
zur Lenkverstärkung
R, wie in 3 gezeigt, so dass sich das
Fahrzeugverhalten stärker
in Reaktion auf eine Erhöhung
der Lenkverstärkung
R ändert,
wie in 3 gezeigt. Dies kann zu einem erheblichen Unbehagen
des Fahrers führen.
Das Ausmaß der Änderung
der Fahrzeuggierrate bleibt nahezu gleich, so dass sich das Fahrzeugverhalten
nicht so stark in Reaktion auf Änderungen
der Lenkreaktionsrate τ ändert, wie
in 4 gezeigt, wodurch weniger Unbehagen für den Fahrer
hervorgerufen wird.
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Wie
voranstehend erläutert,
wird die Lenkverhältniseigenschaft
in Abhängigkeit
von der Lenkverstärkung
R (Untersetzungsverhältnis)
nach der bisherigen Vorgehensweise eingestellt. Für den Motorüberhitzungsschutz
bei der Lenkverhältnissteuerung
wird die Lenkverstärkung
R selbst bei der früheren
Vorgehensweise so eingestellt, dass sich die Lenkverstärkung R
allmählich
näher an
das Basisniveau Rc annähert,
wenn die Motortemperatur höher wird
als die Überhitzungsschutztemperaturschwelle Tth
(entsprechend der zweiten Temperaturschwelle T2 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform),
bis nach Erreichen der maximalen Betriebstemperaturgrenze Tmax,
wie in der
japanischen Veröffentlichung
eines offengelegten Patents Nr. 2003-182622 beschrieben,
und in
6 gezeigt. Bei der früheren Vorgehensweise treten
jedoch folgende Probleme auf.
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Wenn
sich das Fahrzeug im Bereich mittlerer Geschwindigkeiten befindet,
nimmt die Lenkverstärkung
R grundsätzlich
Werte nahe am Basisverstärkungsniveau
Rc an, wie durch eine Linie (a) in 6 angedeutet,
so dass das Ausmaß der
Einstellung der Lenkverstärkung
R selbst dann klein ist, wenn der Elektromotor so betrieben wird,
dass das Risiko der Möglichkeit
einer Motorüberhitzung
besteht. Die Belastung des Elektromotors kann daher nicht so verringert
werden, dass bei der früheren
Vorgehensweise eine ausreichende Überhitzungsschutzwirkung für den Motor
erreicht wird.
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Bei
der früheren
Vorgehensweise kann die Lenkverhältnissteuerung
nicht geeignet durchgeführt werden,
wenn das Fahrzeug beschleunigt oder verzögert wird, in Reaktion auf
eine Betätigung
des Fahrers, wobei der Elektromotor überhitzt wird, bei einer Umschaltung
vom Bereich mittlerer Fahrzeuggeschwindigkeiten zu einem Bereich
einer hohen oder niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit, wie durch die
Linie (b) in 6 dargestellt. Dies führt zu einem
unbehaglichen Gefühl
des Fahrers.
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Wenn
sich das Fahrzeug im Bereich hoher Geschwindigkeiten befindet, wird
die Lenkverstärkung
R in Reaktion auf die Überhitzung
des Elektromotors 9 vergrößert, wie durch die Linie (c)
in 6 dargestellt, bei der früheren Vorgehensweise. Auch dies
führt zu
einem erheblichen Unbehagen des Fahrers.
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Andererseits
ist die Lenkeinrichtung gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
so ausgebildet, dass nicht nur die Lenkverstärkung R so eingestellt wird,
dass sich die Lenkverstärkung
R näher
an das Basisverstärkungsniveau
Rc annähert,
sondern auch die Lenkreaktionsrate τ so eingestellt wird, dass sich die
Lenkreaktionsrate τ näher an das
Basisreaktionsniveau τc
annähert,
wie durch die Linie (a) in 5 dargestellt
ist. Die Belastung des Elektromotors 9 kann infolge einer
Abnahme der Lenkreaktionsrate τ verringert
werden, um so eine ausreichende Überhitzungsschutzwirkung
für den
Elektromotor 9 selbst dann zu erzielen, wenn der Elektromotor 9 so
betrieben wird, dass das Risiko einer möglichen Motorüberhitzung
im Bereich mittlerer Fahrzeuggeschwindigkeiten bei der vorliegenden
Ausführungsform
vorhanden ist. Daher wird ermöglicht,
eine Überhitzung des
Elektromotors 9 sicher zu verhindern, unabhängig vom
Betriebszustand des Fahrzeugs. Es wird darauf hingewiesen, dass
bei der Vorgehensweise von 2 die Steuerung
in den Schritten S4, S5 und S7–10
einen Lenkverhältniseigenschaftseinstellblock darstellt,
und die Steuerung im Schritt S6 einen Motorantriebsblock bildet.
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Weiterhin
wird die Lenkreaktionsrate τ vom normalen
Steuerniveau τn
auf das Überhitzungsschutzsteuerniveau τov an der
ersten Temperaturschwelle T1 geändert,
und wird dann die Lenkverstärkung
R vom normalen Steuerniveau Rn auf das Überhitzungsschutzsteuerniveau
Rov an der zweiten Temperaturschwelle T2 geändert (die höher ist
als die erste Temperaturschwelle T2), wie durch die Linie (b) in 5 dargestellt.
Anders ausgedrückt,
beginnt eine Abnahme der Lenkreaktionsrate τ allmählich auf das Basisreaktionsniveau τc, bevor
die Lenkverstärkung
R damit beginnt, auf das Basisverstärkungsniveau Rc gesteuert zu
werden. Hierdurch wird ermöglicht,
ein Unbehagen für
den Fahrer während
der Lenkverhältnis-
und Überhitzungsschutzsteuerung zu
minimieren, und den Fahrer zu informieren, dass sich die Lenkeinrichtung
an ihre Systemgrenze annähert,
mit größerer Sicherheit.
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Die
erste und zweite Temperaturschwelle T1 bzw. T2 nimmt mit der Fahrzeuggeschwindigkeit
V zu, wie durch die Linie (c) in 5 dargestellt,
so dass sowohl die Lenkverstärkung
R als auch die Lenkreaktionsrate τ damit
beginnen, auf niedrigere Temperaturen gesteuert zu werden, wenn
die Fahrzeuggeschwindigkeit V abnimmt, bei der vorliegenden Ausführungsform.
Selbst wenn bei dem Fahrzeug eine starke Beschleunigung unter Überhitzung
des Elektromotors 9 auftritt, kann die Lenkeinrichtung eine
höhere
Fahrzeuglenkreaktion sicherstellen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
V zunimmt. Hierdurch wird ermöglicht,
die Überhitzungsschutzwirkung
für den
Elektromotor 9 bei einer starken Verzögerung zu vergrößern (bei
welcher das Ausmaß eines
Notfalls niedrig ist), und die Lenkreaktion entsprechend der Lenkbetätigung des
Fahrers zu erhöhen,
beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit (wenn das Ausmaß eines
Notfalls groß ist).
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Weiterhin
wird bei der vorliegenden Ausführungsform
die Lenkeigenschaft so eingestellt, dass folgende Bedingung erfüllt ist: δm = (R – 1) × θs + τ × s × θs. Durch
Einstellung sowohl der Lenkverstärkung
R als auch der Lenkreaktionsrate τ in
Abhängigkeit
von der Fahrzeuggeschwindigkeit V und der Motortemperatur Tm kann
der Straßenradwinkel δm in Abhängigkeit
vom Lenkradwinkel θs
ordnungsgemäß in Reaktion
auf den Betriebszustand des Fahrzeugs geändert werden.
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Wenn
die Motortemperatur Tm die Betriebstemperaturgrenze Tmax überschreitet,
führt der
Elektromotor 9 einen Nothalt durch. Hierdurch wird ermöglicht,
ein Durchbrennen des Elektromotors 9 sicher infolge einer
anomalen Motorüberhitzung
zu verhindern. Es wird darauf hingewiesen, dass bei der Vorgehensweise
von 2 die Steuerung im Schritt S11 einen Anhalteblock
darstellt.
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Zwar
wurde die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine spezielle
Ausführungsform
der Erfindung beschrieben, jedoch ist die Erfindung nicht auf die
voranstehend geschilderte Ausführungsform beschränkt. Fachleuten
auf diesem Gebiet werden angesichts der erfindungsgemäßen Lehre
verschiedene Modifikationen und Variationen der voranstehend geschilderten
Ausführungsform
auffallen.
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So
kann beispielsweise die Motortemperatur Tm alternativ aus dem elektrischen
Widerstand zwischen Klemmen des Elektromotors 9 berechnet
werden, also aus der Spannung oder dem Strom zwischen den Klemmen
des Elektromotors 9, obwohl der Motortemperatursensor 10 an
dem Elektromotor 9 angebracht ist, um die Motortemperatur
Tm direkt durch tatsächliche
Messung bei der voranstehenden Ausführungsform zu erfassen.
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Die
erste und zweite Temperaturschwelle T1 bzw. T2 werden bei der voranstehend
geschilderten Ausführungsform
niedriger eingestellt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V abnimmt.
Allerdings kann auch zumindest entweder die erste oder die zweite
Temperaturschwelle T1 bzw. T2 alternativ auf einen festen Wert eingestellt
werden.
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Die
Lenkverhältnissteuerung
kann in Abhängigkeit
von dem Betriebszustand des Fahrzeugs, nicht nur in Abhängigkeit
von der Fahrzeuggeschwindigkeit V, sondern auch in Abhängigkeit
von irgendeinem anderen Fahrzeugbetriebsparameter oder mehrerer
Parametern durchgeführt
werden, beispielsweise der Fahrzeuggierrate, dem Reibungskoeffizienten zwischen
der Straßenoberfläche und
dem Reifen eines Rades, und der Fahrzeugsbeschleunigungs- oder Verzögerungsrate.
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Der
Umfang der Erfindung ergibt sich aus der Gesamtheit der vorliegenden
Anmeldeunterlagen, und soll von den beigefügten Patentansprüchen umfasst
sein.