DE102005044896B4

DE102005044896B4 - Lenkvorrichtung

Info

Publication number: DE102005044896B4
Application number: DE102005044896A
Authority: DE
Inventors: Shigenori Wako Takimoto; Osamu Wako Tsurumiya; Yasushi Wako Shoda; Masato Wako Yuda
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2025-09-21
Also published as: US20060064214A1; JP4094597B2; JP2006088813A; DE102005044896A1; US7383111B2

Abstract

Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend:
– eine Lenkwinkelerfassungseinheit (15) zum Erfassen eines Lenkwinkels;
– eine Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungseinheit (19) zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit;
– eine Gierratenerfassungseinheit (18) zum Erfassen einer tatsächlichen Gierrate des Fahrzeugs;
– eine Steuer-/Regeleinheit (35) für Gierraten-basierte Reaktionskraft zum Steuern/Regeln einer Lenkreaktionskraft in Abhängigkeit von der durch die Gierratenerfassungseinheit erfassten tatsächlichen Gierrate und
– eine Steuer-/Regeleinheit (36) für Gierratenabweichungs-basierte Reaktionskraft zum Bestimmen einer Standardgierrate in Abhängigkeit von wenigstens dem Lenkwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit, zum Berechnen einer Gierratenabweichung zwischen der Standardgierrate und der tatsächlichen Gierrate und zum Steuern/Regeln der Lenkreaktionskraft in Abhängigkeit von der Gierratenabweichung sowie
– eine Hauptsteuer-/-regeleinheit (20), um einen Steuer-/Regelbetrieb derart auszuführen, dass ein Beitragsmaß der Steuer/Regeleinheit (35) für Gierraten-basierte Reaktionskraft reduziert wird und ein Beitragsmaß der Steuer-/Regeleinheit (36) für Gierratenabweichungs-basierte Reaktionskraft erhöht wird, wenn die Gierratenabweichung zunimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für einen beweglichen Körper, wie etwa ein Fahrzeug, und insbesondere eine Lenkvorrichtung, welche eine Reaktionskraftsteuer-/regelvorrichtung enthält.
Als Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug ist eine elektrische Servolenkvorrichtung bekannt. In einer elektrischen Servolenkvorrichtung sind eine mit einem Lenkrad verbundene Lenkwelle und ein Schwenkmechanismus zum Schwenken lenkbarer Räder mechanisch verbunden und ein Elektromotor zum Unterstützen einer Lenkkraft ist dem Schwenkmechanismus zugeordnet. Im Allgemeinen wird eine Ansteuerungsdrehmomentanweisung (Ansteuerungsstrom) für den Elektromotor derart gesteuert/geregelt, dass eine Unterstützungslenkkraft vergrößert wird, wenn das auf die Lenkwelle ausgeübte Lenkbetätigungsdrehmoment zunimmt.
Als eine solche elektrische Servolenkvorrichtung ist ferner ein Lenksystem bekannt, in welchem zur Einschränkung unnormaler Bewegungen des Fahrzeugs aufgrund von Störungen (z. B. Seitenwind) eine Fahrzeugbewegung (z. B. eine Gierrate) durch Erfassungsmittel erfasst wird, ein Ansteuerungsdrehmomentkorrekturwert zum Ausgleichen der Fahrzeugbewegung berechnet wird, eine Ansteuerungsdrehmomentanweisung durch Subtrahieren des Ansteuerungsdrehmomentkorrekturwerts von einer Ansteuerungsdrehmomentbasisanweisung, welche in Abhängigkeit von dem Lenkbetätigungsdrehmoment gesetzt ist, berechnet wird und der Elektromotor nach Maßgabe der Ansteuerungsdrehmomentanweisung gesteuert/geregelt wird (siehe beispielsweise veröffentlichtes japanisches Patent Nummer 3229074 ).
In einem zugehörigen Fachgebiet wird allgemein dann, wenn eine Gierrate als Repräsentation einer Fahrzeugbewegung verwendet wird, ein Steuer-/Regelbetrieb derart ausgeführt, dass der Ansteuerungsdreh-momentkorrekturwert vergrößert wird, wenn die Gierrate zunimmt. Mit anderen Worten wird das Ansteuerungsdrehmoment des Elektromotors derart gesteuert/geregelt, dass die Unterstützungslenkkraft durch den Elektromotor verringert wird, wenn die Gierrate zunimmt. Dementsprechend kann der Ansteuerungsdrehmomentkorrekturwert als eine Reaktionskraft bezüglich der Unterstützungslenkkraft angesehen werden.
In dem nach der obigen Erläuterung aufgebauten Lenksystem wird selbst während beispielsweise eines normalen Lenkzustands, in welchem eine Gierrate auftritt, der Ansteuerungsdrehmomentkorrekturwert erzeugt, so dass die Gierrate reduziert wird, das heißt, so dass das Fahrzeug zu einem Geradeaus-Zustand hin gesteuert/geregelt wird, und die Unterstützungslenkkraft wird somit reduziert.
Wenn dementsprechend die Reaktionskraft in Abhängigkeit von der Gierrate gesteuert/geregelt wird, so wird die Lenkstabilität verbessert und auch das Lenkbetätigungsgefühl wird verbessert.
Als weiteres Steuer-/Regelsystem zur Unterdrückung einer unregelmäßigen Bewegung des Fahrzeugs aufgrund von Störungen (z. B. Seitenwind) ist ferner ein anderes Lenksystem bekannt, in welchem eine Standardgierrate auf Grundlage eines Lenkwinkels und einer Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt wird, eine tatsächliche Gierrate durch einen Gierratenssensor erfasst wird, ein Ansteuerungsdrehmomentkorrekturwert berechnet wird, welcher benötigt wird, um eine Abweichung (hier im Folgenden als Gierratenabweichung bezeichnet) zwischen der Standardgierrate und der tatsächlichen Gierrate auf Null zu reduzieren, eine Ansteuerungsdrehmomentanweisung durch Subtrahieren des Ansteuerungsdrehmomentkorrekturwerts von einer Ansteuerungsdrehmomentbasisanweisung, welche in Abhängigkeit von dem Lenkbetätigungsdrehmoment gesetzt ist, berechnet wird und der Elektromotor nach Maßgabe der Ansteuerungsdrehmomentanweisung gesteuert/geregelt wird (siehe zum Beispiel veröffentlichtes japanisches Patent Nummer 3110892 ). Da in dem vorstehenden Fall die Unterstützungslenkkraft reduziert wird, wenn der auf Grundlage der Gierratenabweichung berechnete Ansteuerungsdrehmomentkorrekturwert zunimmt, kann der Ansteuerungsdrehmomentkorrekturwert als eine Reaktionskraft bezüglich der Unterstützungslenkkraft angesehen werden.
Da durch einen solchen Reaktionskraftsteuer-/regelbetrieb in Abhängigkeit von der Gierratenabweichung der Grad an Untersteuerung beschränkt werden kann und eine Übersteuerung verhindert werden kann, kann die Fahrzeugstabilität verbessert werden.
Wenn die Reaktionskraft in Abhängigkeit von der Gierrate gesteuert/geregelt wird, so kann jedoch trotz der möglichen Verbesserung des Lenkbetätigungsgefühls die Fahrzeugstabilität (das heißt die Beschränkung des Untersteuerungsausmaß und die Verhinderung einer Übersteuerung) nicht ausreichend verbessert werden, wenn die Gierrate unerwartet hoch oder niedrig ist (das heißt die Gierratenabweichung groß ist).
Wenn andererseits die Reaktionskraft in Abhängigkeit von der Gierratenabweichung gesteuert/geregelt wird, so ist es trotz der Möglichkeit, dass die Fahrzeugstabilität bei hoher Gierratenabweichung verbessert werden kann, möglich, dass das Lenkbetätigungsgefühl verschlechtert wird, wenn ein solcher Steuer-/Regelbetrieb bei geringer Gierrate ausgeführt wird.
Die DE 197 51 227 A1 offenbart eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend eine Lenkwinkelerfassungseinheit zum Erfassens einen Lenkwinkels, eine Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungseinheit zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Gierratenerfassungseinheit zum Erfassen einer tatsächlichen Gierrate des Fahrzeugs, eine Steuer-/Regeleinheit für Gierraten-basierte-Lenkbewegung zum Steuern/Regeln einer Lenkbewegung in Abhängigkeit von der durch die Gierratenerfassungseinheit erfassten tatsächlichen Gierrate, eine Steuer-/Regeleinheit für gierratenabweichungsbasierte Lenkbewegung, welche eine Gierratenabweichung zwischen einer von Lenkwinkel und Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen Standardgierrate und der tatsächlichen Gierrate ermittelt und die Lenkbewegung in Abhängigkeit von der Gierratenabweichung steuert/regelt, sowie eine Hauptsteuer-/regeleinheit, welche ein Beitragsmaß der gierratenabweichungsbasierten Lenkbewegung reduziert.
Die DE 195 27 334 A1 zeigt eine Lenkvorrichtung, welche eine Lenkreaktionskraft in Abhängigkeit von einer erfassten Gierrate sowie von einer Differenz zwischen der erfassten Gierrate und einer Standardgierrate steuert. Der Anteil der Reaktionskraftkomponenten wird in der bekannten Lenkvorrichtung in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit variiert.
Zur weiteren Illustration des Fachgebiets betreffend Lenkvorrichtungen kann ferner auf die DE 42 32 256 C2 verwiesen werden, welche eine Lenkvorrichtung mit einer Lenkkraftunterstützung offenbart, die bei Einwirken einer Störung, insbesondere eines Seitenwindes, eine automatische Störungskomponensation durch entsprechende Steuerung der Lenkreaktionskraft veranlasst.
In Anbetracht der oben geschilderten Umstände ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenkvorrichtung bereitzustellen, mit welcher die Verbesserungen des Lenkbetätigungsgefühls und der Fahrzeugstabilität gleichzeitig erreicht werden können.
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug bereit, umfassend: eine Lenkwinkelerfassungseinheit zum Erfassen eines Lenkwinkels; eine Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungseinheit zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit; eine Gierratenerfassungseinheit zum Erfassen einer tatsächlichen Gierrate des Fahrzeugs; eine Steuer-/Regeleinheit für Gierraten-basierte Reaktionskraft zum Steuern/Regeln einer Lenkreaktionskraft in Abhängigkeit von der durch die Gierratenerfassungseinheit erfassten tatsächlichen Gierrate sowie eine Steuer-/Regeleinheit für Gierratenabweichungs-basierte Reaktionskraft zum Bestimmen einer Standardgierrate in Abhängigkeit von wenigstens dem Lenkwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit, zum Berechnen einer Gierratenabweichung zwischen der Standardgierrate und der tatsächlichen Gierrate und zum Steuern/Regeln der Lenkreaktionskraft in Abhängigkeit von der Gierratenabweichung sowie eine Hauptsteuer-/regeleinheit, um einen Steuer-/Regelbetrieb derart auszuführen, dass ein Beitragsmaß der Steuer-/Regeleinheit für Gierraten-basierte Reaktionskraft reduziert wird und ein Beitragsmaß der Steuer-/Regeleinheit für Gierratenabweichungs-basierte Reaktionskraft erhöht wird, wenn die Gierratenabweichung zunimmt.
Gemäß der oben beschriebenen Konstruktion wird die Reaktionskraft ungeachtet der Größe der Gierrate hauptsächlich durch die Steuer-/Regeleinheit für Gierraten-basierte Reaktionskraft gesteuert/geregelt, wenn die Gierratenabweichung zwischen der Standardgierrate und der tatsächlichen Gierrate relativ gering ist, und wird die Reaktionskraft hauptsächlich durch die Steuer-/Regeleinheit für Gierratenabweichungs-basierte Reaktionskraft gesteuert/geregelt, wenn die Gierratenabweichung relativ groß ist.
In der obigen Lenkvorrichtung kann das Beitragsmaß der Steuer-/ Regeleinheit für Gierraten-basierte Reaktionskraft verändert werden, indem eine Gierratensteuer/-regelverstärkung, durch welche wenigstens ein Anteil der Lenkreaktionskraft bestimmt wird, in Abhängigkeit von der Gierratenabweichung verändert wird, und das Beitragsmaß der Steuer-/Regeleinheit für Gierratenabweichungs-basierte Reaktionskraft kann verändert werden, indem eine Gierratenabweichungssteuer/-regelverstärkung, durch welche wenigstens ein Anteil der Lenkreaktionskraft bestimmt wird, in Abhängigkeit von der Gierratenabweichung verändert wird.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung die Reaktionskraft hauptsächlich durch die Steuer-/Regeleinheit für Gierraten-basierte Reaktionskraft gesteuert/geregelt wird, wenn die Gierratenabweichung relativ gering ist, ergibt sich eine hervorragende Lenkstabilität und das Lenkbetätigungsgefühl kann verbessert werden. Da andererseits die Reaktionskraft hauptsächlich durch die Steuer-/Regeleinheit für Gierratenabweichungs-basierte Reaktionskraft gesteuert/geregelt wird, wenn die Gierratenabweichung relativ groß ist, kann das Untersteuerungsausmaß beschränkt und ein Übersteuern verhindert werden und die Fahrzeugstabilität kann somit verbessert werden.
Eine Ausführungsform der Lenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 1 und 2 erläutert.
1 ist eine Strukturdarstellung einer elektrischen Servolenkvorrichtung als Ausführungsform einer Lenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Blockdarstellung, welche einen Stromsteuer/-regelaufbau beziehungsweise Schaltplan für einen Elektromotor einer elektrischen Servosteuer/-regelvorrichtung zeigt.
In der folgenden Ausführungsform wird ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, welcher in einer elektrischen Servolenkvorrichtung eingesetzt wird, erläutert.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf 1 der Aufbau der elektrischen Servolenkvorrichtung erläutert. Die elektrische Servolenkvorrichtung enthält einen Manuelllenkkraft-Erzeugungsmechanismus 1. Der Manuelllenkkraft-Erzeugungsmechanismus 1 enthält ein Lenkrad 3 (Betätigungseinheit) und eine Lenkwelle 4, welche integral beziehungsweise fest mit dem Lenkrad 3 verbunden ist und mit einem Ritzel 6 eines Zahnstangenmechanismus über eine eine Gelenkkupplung aufweisende Verbindungswelle verbunden ist. Das Ritzel 6 steht mit einer Zahnstange 7a einer Zahnstangenwelle 7 in Eingriff, welche sich in Breitenrichtung des Fahrzeugs hin- und herbewegen kann. Vorderräder 9 sind als lenkbare Räder jeweils mit den Enden der Zahnstangenwelle 7 über Zugstangen 8 verbunden. Wenn das Lenkrad 3 betätigt wird, so ist durch diese Konstruktion ein normaler Zahnstangenlenkbetrieb möglich, wodurch die Vorderräder gelenkt werden und das Fahrzeug kann gesteuert beziehungsweise gelenkt werden. Die Zahnstangenwelle 7 und die Zugstangen 8 bilden einen Lenkmechanismus.
Ferner ist an der Achse der Lenkwelle 7 ein Elektromotor 10 zum Ausüben einer Unterstützungslenkkraft zum Unterstützen der durch den Manuelllenkkraft-Erzeugungsmechanismus 1 erzeugten Lenkkraft vorgesehen. Die durch den Elektromotor 10 bereitgestellte Unterstützungslenkkraft wird über einen Kugelgewindemechanismus 12, welcher in im Wesentlichen paralleler Lage zur Zahnstangenwelle 7 vorgesehen ist, in eine Verschiebungswirkung umgewandelt und auf die Zahnstangenwelle 7 ausgeübt. Um dies zu erreichen, ist ein antreibendes Schrägzahnrad 11 mit dem Rotor des Elektromotors 10 integral beziehungsweise fest verbunden, ein mit dem antreibenden Schrägzahnrad 11 kämmendes angetriebenes Schrägzahnrad 13 ist an einem Ende der Gewindewelle 12a des Kugelgewindemechanismus 12 vorgesehen und eine Mutter 14 des Kugelgewindemechanismus 12 ist an der Zahnradwelle 7 befestigt.
Ein Lenkwinkelsensor 15 (Lenkwinkelerfassungseinheit) zum Erfassen eines Lenkwinkels der Lenkwelle 4 ist an der Lenkwelle 4 vorgesehen und ein Lenkbetätigungsdrehmomentsensor 16 (eine Lenkbetätigungsdrehmomenterfassungseinheit) zum Erfassen eines auf des Ritzel 6 wirkenden Lenkbetätigungsdrehmoments ist in einem nicht gezeigten Lenkgetriebegehäuse vorgesehen, in welchem der Zahnstangenmechanismus 6 und 7a untergebracht ist. Der Lenkwinkelsensor 15 sendet dem erfassten Lenkwinkel entsprechende elektrische Signale an eine Lenksteuer/-regeleinheit 20 (ECU-elektronische Steuer-/Regeleinheit (eine Hauptsteuer/-regeleinheit)) und der Lenkbetätigungsdrehmomentsensor 16 sendet dem erfassten Lenkbetätigungsdrehmoment entsprechende elektrische Signale an die Lenksteuer/-regeleinheit 20.
Ferner sind ein Gierratensensor 18 (eine Gierratenerfassungseinheit) zum Erfassen einer Gierrate (Fahrzeugbewegung) des Fahrzeugs und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 19 zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit an geeigneten Orten der Fahrzeugkarosserie angebracht. Der Gierratensensor 18 sendet der erfassten Gierrate entsprechende elektrische Signale an die ECU 20 und der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 19 sendet der erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechende elektrische Signale an die ECU 20.
Die ECU 20 bestimmt einen an den Elektromotor 10 anzulegenden elektrischen Sollstrom auf Grundlage von Steuer-/Regelsignalen, welche durch Verarbeitung von Eingabesignalen von den Sensoren 15, 16, 18 und 19 erhalten werden, und steuert/regelt das Ausgabedrehmoment des Elektromotors 10, indem sie dem Elektromotor 10 über eine Ansteuerungsschaltung 21 den elektrischen Sollstrom zuführt, um so die Unterstützungslenkkraft während eines Lenkbetriebs zu steuern/zu regeln.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die in 2 gezeigte Steuer-/Regelblockdarstellung ein elektrischer Stromsteuer-/regelbetrieb erläutert, welcher auf den Elektromotor 10 in dieser Ausführungsform wirkt.
Die ECU 20 enthält einen Basisstrom-Berechnungsabschnitt 31, einen Trägheitskorrekturstrom-Berechnungsabschnitt 32, einen Dämpfungskorrekturstrom-Berechnungsabschnitt 33 sowie einen Reaktionskraftkorrekturstrom-Berechnungsabschnitt 34.
Der Basisstrom-Berechnungsabschnitt 31 bestimmt einen Basisstrom, welcher von dem Lenkbetätigungsdrehmoment und der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, und zwar auf Grundlage der Ausgangssignale von dem Lenkbetätigungsdrehmomentsensor 16 und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 19 sowie durch Bezugnahme auf eine Basisstromtabelle (nicht gezeigt). In der Basisstromtabelle ist der Basisstrom so gesetzt, dass er ansteigt, wenn das Lenkbetätigungsdrehmoment ansteigt, und dass er abnimmt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt.
Der Trägheitskorrekturstrom-Berechnungsabschnitt 32 bestimmt einen Trägheitskorrekturstrom, welcher von einem Zeitdifferentialwert des Lenkbetätigungsdrehmoments und der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, und zwar auf Grundlage eines Differentialwerts (d. h. eines Zeitdifferentialwerts des Lenkbetätigungsdrehmoments), welcher durch Anwendung einer Zeitdifferentiation des Ausgangssignals von dem Lenkbetätigungsdrehmomentsensor 16 erhalten wird, sowie auf Grundlage der durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 19 erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit und ferner durch Bezugnahme auf eine Trägheitskorrekturstromtabelle (nicht gezeigt). Der Trägheitskorrekturstrom ist eine elektrischer Strom, welcher an den Elektromotor 10 angelegt werden soll, um ein Trägheitsmoment aufgrund des Elektromotor 10 und des Lenksystems zu kompensieren.
Der Dämpfungskorrekturstrom-Berechnungsabschnitt 33 berechnet den Dämpfungskorrekturstrom, welcher von einer Lenkwinkelgeschwindigkeit und der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, und zwar auf Grundlage eines Differentialwerts (das heißt der Lenkwinkelgeschwindigkeit), welcher durch Anwendung einer Zeitdifferentation des Ausgangssignals von dem Lenkwinkelsensor 15 erhalten wird, sowie der durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 19 erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit und ferner durch Bezugnahme auf eine Dämpfungskorrekturstromtabelle (nicht gezeigt). In der Dämpfungskorrekturstromtabelle dieser Ausführungsform ist der Dämpfungskorrekturstrom so gesetzt, dass er zunimmt, wenn die Lenkwinkelgeschwindigkeit zunimmt.
Der Reaktionskraftkorrekturstrom-Berechnungsabschnitt 34 berechnet einen Reaktionskraftkorrekturstrom Ir auf Grundlage der Gierrate und der Gierratenabweichung. Der Reaktionskraftkorrekturstrom-Berechnungsabschnitt 34 wird separat nachfolgend detaillierter beschrieben.
Die ECU 20 berechnet einen Sollstrom, indem sie den durch den Trägheitskorrekturstrom-Berechnungsabschnitt 32 berechneten Trägheitskorrekturstrom zu dem durch den Basisstrom-Berechnungsabschnitt 31 berechneten Basisstrom addiert, davon den durch den Dämpfungskorrekturstrom-Berechnungsabschnitt 33 berechneten Dämpfungskorrekturstrom subtrahiert und ferner davon den durch den Reaktionskraftkorrekturstrom-Berechnungsabschnitt 34 berechneten Reaktionskraftkorrekturstrom Ir subtrahiert. Der Sollstrom wird einer Ansteuerungsschaltung 50 eingegeben, die Ansteuerungsschaltung 50 führt einen Steuer-/Regelbetrieb derart aus, dass durch den Elektromotor 10 fließender elektrischer Strom gleich dem Sollstrom ist, so dass das Ausgangsdrehmoment des Elektromotors 10 gesteuert/geregelt wird, und somit wird die Unterstützungslenkkraft gesteuert/geregelt.
Dementsprechend kann in der elektrischen Servolenkvorrichtung dieser Ausführungsform der durch den Reaktionskraftkorrekturstrom-Berechnungsabschnitt 34 eingestellte Reaktionskraftkorrekturstrom Ir als eine Reaktionskraft (das heißt eine Lenkreaktionskraft) bezüglich der Unterstützungslenkkraft angesehen werden.
Als nächstes wird nachfolgend der Reaktionskraftkorrekturstrom-Berechnungsabschnitt 34 im Detail erläutert. Der Reaktionskraftkorrekturstrom-Berechnungsabschnitt 34 enthält einen Berechnungsabschnitt 35 für Gierraten-basierten Reaktionskraftkorrekturstrom (eine Steuer-/Regeleinheit für Gierraten-basierte Reaktionskraft) sowie einen Berechnungsabschnitt 36 für Gierratenabweichungs-basierten Reaktionskraftkorrekturstrom (eine Steuer-/Regeleinheit für Giergeschwindigkeitsabweichungs-basierte Reaktionskraft).
Der Berechnungsabschnitt 35 für Gierraten-basierten Reaktionskraftkorrekturstrom berechnet einen Gierraten-basierten Reaktionskraftkorrekturstrom Ir1 auf Grundlage des Ausgangssignals von dem Gierratensensor 18 und durch Bezugnahme auf eine Tabelle für Gierraten-basierten Reaktionskraftkorrekturstrom (nicht gezeigt). In der Tabelle für Gierraten-basierten Reaktionskraftkorrekturstrom ist der Gierraten-basierten Reaktionskraftkorrekturstrom Ir1 so gesetzt, dass er zunimmt (mit anderen Worten, so dass die Lenkreaktionskraft zunimmt), wenn die Gierrate zunimmt.
In dem Berechnungsabschnitt 36 für Gierratenabweichungs-basierten Reaktionskraftkorrekturstrom berechnet zuerst ein Standardgierraten-Berechnungsabschnitt 37 eine Standardgierrate, welche von der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Lenkwinkel abhängt, und zwar auf Grundlage der Ausgangssignale von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 19 und dem Lenkwinkelsensor 15 sowie durch Bezugnahme auf eine Standardgierratentabelle (nicht gezeigt), und gibt die Standardgierrate als ein Standardgierratensignal aus. Da die Gierrate des Fahrzeugs auf Grundlage wenigstens der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkwinkels geschätzt werden kann, kann die Gierrate in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und von dem Lenkwinkel basierend auf Experimenten oder Simulationen im Vorfeld gesetzt werden. Eine solche Gierrate, welche auf diese Weise gesetzt wird, wird in dieser Beschreibung als eine Standardgierrate definiert. Die Standardgierratentabelle ist eine Tabelle, in welcher die Standardgierraten in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Lenkwinkel gesetzt sind.
Als nächstes wird eine Differenz zwischen dem Ausgangssignal von dem Standardgierraten-Berechnungsabschnitt 37 und dem Ausgangssignal von dem Gierratensensor 18, mit anderen Worten, eine Abweichung (eine Gierratenabweichung) zwischen der durch den Standardgierraten-Berechnungsabschnitt 37 berechneten Standardgierrate und der durch den Gierratensensor 18 erfassten tatsächlichen Gierrate, berechnet.
Der Berechnungsabschnitt 36 für Gierratenabweichungs-basierten Reaktionskraftkorrekturstrom berechnet den Gierratenabweichungs-basierten Reaktionskraftkorrekturstrom Ir2 derart, dass die Gierratenabweichung in einer Steuer-/Regeleinheit 38 (z. B. einer PID-Steuer-/Regeleinheit (Proportional-Integral-Differential-Steuer-/Regeleinheit)) gleich Null wird.
Der Reaktionskraftkorrekturstrom-Berechnungsabschnitt 34 gibt im Grunde als Reaktionskraftkorrekturstrom Ir die Summe (Ir1 + Ir2) des durch den Berechnungsabschnitt 35 für Gierraten-basierten Reaktionskraftkorrekturstrom berechneten Gierraten-basierten Reaktionskraftkorrekturstroms Ir1 und des durch den Berechnungsabschnitt 36 für Gierratenabweichungs-basierten Reaktionskraftkorrekturstrom berechneten Gierratenabweichungs-basierten Reaktionskraftkorrekturstroms Ir2 aus; in dieser Lenkvorrichtung werden jedoch das Beitragsmaß des Berechnungsabschnitt 35 für Gierraten-basierten Reaktionskraftkorrekturstrom und das Beitragsmaß des Berechnungsabschnitts 36 für Gierratenabweichungs-basierten Reaktionskraftkorrekturstrom in Abhängigkeit von der Größe der Gierratenabweichung verändert.
Genauer gesagt berechnet der Reaktionskraftkorrekturstrom-Berechnungsabschnitt 34 durch Bezugnahme auf eine Gierratensteuer-/regeltabelle 39 eine Gierratensteuer-/regelverstärkung Gy, welche von der Gierratenabweichung abhängt, und berechnet ferner durch Bezugnahme auf eine Gierratenabweichungssteuer-/regelverstärkungstabelle 40 eine Gierratenabweichungssteuer-/regelverstärkung Gd, welche von der Gierratenabweichung abhängt.
In der Gierratensteuer-/regelverstärkungstabelle 39 ist die Gierratensteuer-/regelverstärkung Gy so gesetzt, dass sie konstant bei „1" liegt, solange die Gierratenabweichung geringer als ein erster vorbestimmter Wert oder gleich diesem Wert ist, und ist so gesetzt, dass sie allmählich bis auf „0" abnimmt, wenn die Gierratenabweichung über den ersten vorbestimmten Wert hinaus zunimmt.
Andererseits ist in der Gierratenabweichungssteuer-/regelverstärkungstabelle 40 die Gierratenabweichungssteuer-/regelverstärkung Gd so gesetzt, dass sie konstant bei „0" liegt, solange die Gierratenabweichung geringer als ein zweiter vorbestimmter Wert oder gleich diesem Wert ist, und ist so gesetzt, dass sie allmählich bis auf „1" zunimmt, wenn die Gierratenabweichung über den zweiten vorbestimmten Wert hinaus zunimmt. Der zweite vorbestimmte Wert kann gleich dem ersten vorbestimmten Wert sein und alternativ kann der zweite vorbestimmte Wert von dem ersten vorbestimmten Wert verschieden sein.
Im Ergebnis wird die Gierratensteuer-/regelverstärkung Gy dann, wenn die Gierratenabweichung gering ist, auf einen großen Wert gesetzt und die Gierratenabweichungssteuer-/regelverstärkung Gd wird auf einen kleinen Wert gesetzt. Im Gegensatz dazu wird die Gierratensteuer-/regelverstärkung Gy dann, wenn die Gierratenabweichung groß wird, auf einen kleinen Wert gesetzt und die Gierratenabweichungssteuer-/regelverstärkung Gd wird auf einen großen Wert gesetzt, das heißt die Gierratensteuer-/regelverstärkung Gy wird auf einen kleineren Wert gesetzt als die Gierratenabweichungssteuer-/regelverstärkung Gd.
Der Reaktionskraftkorrekturstrom-Berechnungsabschnitt 34 addiert ein Produkt (Ir1·Gy), welches durch Multiplizieren des von dem Berechnungsabschnitt 35 für Gierraten-basierten Reaktionskraftkorrekturstrom ausgegebenen Gierraten-basierten Reaktionskraftkorrekturstroms Ir1 mit der durch die Gierratensteuer-/regelverstärkungstabelle 39 bestimmten Gierratensteuer-/regelverstärkung Gy erhalten wird, zu einem Produkt (Ir2·Gd), welches durch Multiplizieren des von dem Berechnungsabschnitt 36 für Gierratenabweichungs-basierten Reaktionskraftkorrekturstrom ausgegebenen Gierratenabweichungs-basierten Reaktionskraftkorrekturstroms Ir2 mit der durch die Gierratenabweichungssteuer-/regelverstärkungstabelle 40 bestimmten Gierratenabweichungssteuer-/regelverstärkung Gd erhalten wird, und gibt die erhaltene Summe (Ir1·Gy + Ir2·Gd) als den Reaktionskraftkorrekturstrom Ir aus (das heißt Ir = Ir1·Gy + Ir2·Gd).
Da in dieser Lenkvorrichtung der Reaktionskraftkorrekturstrom Ir auf diese Weise gesetzt wird, ist das Beitragsmaß des Berechnungsabschnitts 35 für Gierraten-basierten Reaktionskraftkorrekturstrom zum Reaktionskraftkorrekturstrom Ir (das heißt zur Lenkreaktionskraft) groß und das Beitragsmaß des Berechnungsabschnitts 36 für Gierratenabweichungs-basierten Reaktionskraftkorrekturstrom ist niedrig, wenn die Gierratenabweichung gering ist. Dementsprechend hängt dann, wenn die Gierratenabweichung relativ gering ist, der Reaktionskraftkorrekturstrom Ir unbeachtlich der Größe der Gierrate mehr von dem Gierraten-basierten Reaktionskraftkorrekturstrom Ir1 ab als von dem Gierratenabweichungs-basierten Reaktionskraftkorrekturstrom Ir2.
Im Ergebnis ergibt sich eine hervorragende Lenkstabilität und das Lenkbetätigungsgefühl kann verbessert werden.
Ferner verringert sich in dieser Vorrichtung das Beitragsmaß des Berechnungsabschnitts 35 für Gierraten-basierten Reaktionskraftkorrekturstrom zum Reaktionskraftkorrekturstrom Ir und das Beitragsmaß des Berechnungsabschnitts 36 für Gierratenabweichungs-basierten Reaktionskraftkorrekturstrom wird größer, wenn die Gierratenabweichung zunimmt. Dementsprechend hängt der Reaktionskraftkorrekturstrom Ir dann, wenn die Gierratenabweichung relativ groß ist, unbeachtlich der Größe der Gierrate mehr vom Gierratenabweichungs-basierten Reaktionskraftkorrekturstrom Ir2 ab als vom Gierraten-basierten Reaktionskraftkorrekturstrom Ir1. Im Ergebnis kann das Maß an Untersteuerung beschränkt und ein Übersteuern verhindert werden und somit kann die Fahrzeugstabilität verbessert werden.
Gemäß dieser Lenkvorrichtung können somit Verbesserungen des Lenkbetätigungsgefühls und der Fahrzeugstabilität gleichzeitig erreicht werden.
Andere Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt.
Beispielsweise ist die Anwendung der Lenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung nicht auf die elektrische Servolenkvorrichtung der oben beschriebenen Ausführungsform beschränkt und die vorliegende Erfindung kann auf eine Fahrzeuglenkvorrichtung in einem Steer-By-Wire-System (SBW, elektronische Lenkung), eine Fahrzeuglenkvorrichtung in einem Aktivlenksystem und auf eine Fahrzeuglenkvorrichtung in einem Lenksystem mit variablem Übersetzungsverhältnis (VGS = variable gear ratio steering system) anwendbar sein.
Das Steer-By-Wire-System ist ein Lenksystem, welches eine Betätigungseinheit, einen mechanisch von der Betätigungseinheit getrennten Lenkmechanismus, einen Reaktionskraftmotor, der Reaktionskraft auf die Betätigungseinheit ausübt, sowie einen Lenkmotor enthält, der in dem Lenkmechanismus vorgesehen ist, um lenkbare Räder zu schwenken.
Das Aktivlenksystem ist ein Lenksystem, in welchem der Lenkwinkel der Vorderräder und der Lenkwinkel der Hinterräder in Abhängigkeit von der Lenkbetätigung durch den Fahrer und der Fahrzeugbewegung gesteuert/geregelt werden.
Das Lenksystem mit variablem Übersetzungsverhältnis ist ein Lenksystem, in welchem das Lenkübersetzungsverhältnis in Abhängigkeit von der Größe des Lenkwinkels variiert.
Weitere Hinzufügungen, Weglassungen, Ersetzungen und andere Modifikationen können durchgeführt werden, ohne den Sinn und den Inhalt der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Dementsprechend ist die Erfindung nicht derart zu verstehen, dass sie auf die vorstehende Beschreibung beschränkt ist, sondern sie ist lediglich durch den Inhalt der beigefügten Ansprüche beschränkt.
Eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug umfasst eine Lenkwinkelerfassungseinheit (15), eine Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungseinheit (19), eine Gierratenerfassungseinheit (18), eine Steuer-/Regeleinheit (35) für Gierraten-basierte Reaktionskraft zum Steuern/Regeln einer Lenkreaktionskraft in Abhängigkeit von der durch die Gierratenerfassungseinheit erfassten tatsächlichen Gierrate und eine Steuer-/Regeleinheit (36) für Gierratenabweichungs-basierte Reaktionskraft zum Bestimmen einer Standardgierrate in Abhängigkeit von wenigstens dem Lenkwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit, zum Berechnen einer Gierratenabweichung zwischen der Standardgierrate und der tatsächlichen Gierrate und zum Steuern/Regeln der Lenkreaktionskraft in Abhängigkeit von der Gierratenabweichung sowie eine Hauptsteuer-/regeleinheit (20), um einen Steuer-/Regelbetrieb derart auszuführen, dass ein Beitragsmaß der Steuer-/Regeleinheit (35) für Gierraten-basierte Reaktionskraft reduziert wird und ein Beitragsmaß der Steuer-/Regeleinheit (36) für Gierratenabweichungs-basierte Reaktionskraft erhöht wird, wenn die Gierratenabweichung zunimmt.

Claims

Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend: – eine Lenkwinkelerfassungseinheit (15) zum Erfassen eines Lenkwinkels; – eine Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungseinheit (19) zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit; – eine Gierratenerfassungseinheit (18) zum Erfassen einer tatsächlichen Gierrate des Fahrzeugs; – eine Steuer-/Regeleinheit (35) für Gierraten-basierte Reaktionskraft zum Steuern/Regeln einer Lenkreaktionskraft in Abhängigkeit von der durch die Gierratenerfassungseinheit erfassten tatsächlichen Gierrate und – eine Steuer-/Regeleinheit (36) für Gierratenabweichungs-basierte Reaktionskraft zum Bestimmen einer Standardgierrate in Abhängigkeit von wenigstens dem Lenkwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit, zum Berechnen einer Gierratenabweichung zwischen der Standardgierrate und der tatsächlichen Gierrate und zum Steuern/Regeln der Lenkreaktionskraft in Abhängigkeit von der Gierratenabweichung sowie – eine Hauptsteuer-/-regeleinheit (20), um einen Steuer-/Regelbetrieb derart auszuführen, dass ein Beitragsmaß der Steuer/Regeleinheit (35) für Gierraten-basierte Reaktionskraft reduziert wird und ein Beitragsmaß der Steuer-/Regeleinheit (36) für Gierratenabweichungs-basierte Reaktionskraft erhöht wird, wenn die Gierratenabweichung zunimmt.
Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Beitragsmaß der Steuer-/Regeleinheit (35) für Gierraten-basierte Reaktionskraft verändert wird, indem eine Gierratensteuer/-regelverstärkung, durch welche wenigstens ein Anteil der Lenkreaktionskraft bestimmt wird, in Abhängigkeit von der Gierratenabweichung verändert wird.
Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Beitragsmaß der Steuer-/Regeleinheit (36) für Gierratenabweichungsbasierte Reaktionskraft verändert wird, indem eine Gierratenabweichungssteuer/-regelverstärkung, durch welche wenigstens ein Anteil der Lenkreaktionskraft bestimmt wird, in Abhängigkeit von der Gierratenabweichung verändert wird.