DE102005058200B4

DE102005058200B4 - Fahrzeuglenkgerät

Info

Publication number: DE102005058200B4
Application number: DE102005058200A
Authority: DE
Inventors: Yasuharu Wako Oyama; Shoichi Sano
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2005-12-06
Publication date: 2010-12-09
Anticipated expiration: 2025-12-07
Also published as: DE102005058200A1; JP2006160037A; JP4391927B2; US20060122751A1

Abstract

Fahrzeuglenkgerät, das aufweist:
ein vom Fahrer beim Lenken betätigtes Lenkrad (11),
einen Lenkradwinkelsensor (14) zum Detektieren des Drehwinkels des Lenkrads (11),
einen Drehantriebsmechanismus (13) zur Richtungsänderung von gelenkten Rädern (12),
einen Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor (22);
einen Fahrzeugverhaltens-Sensor (23) zum Detektieren der Giergeschwindigkeit oder der Querbeschleunigung; und
eine ECU (24), welche ein Steuersystem bildet, welches umfasst
– eine Stufe (31) zur Erzeugung eines Phasenvorlaufs auf das von dem Lenkradwinkelsensor (14) ausgegebene Lenksignal,
– eine erste Subtrahierstufe (32),
– eine Stufe (33) zur Einstellung eines Soll-Lenkwinkels,
– eine Rückkopplungsstufe (34),
– eine zweite Subtrahierstufe (35),
– eine Stufe (36) zur Einstellung einer Soll-Lenkreaktion,
– eine Stufe (38) zur Steuerung des Lenkmotors (18) und
– eine Stufe (39) zur Steuerung des Lenkreaktionsmotors (16),
wobei das von dem Fahrzeugverhaltens-Sensor (23) ausgegebene Signal über die Rückkopplungsstufe (34) von der ECU (24)...

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeuglenkgerät mit elektronischer Steuerung, z. B. ein Steer-by-Wire-Lenkgerät, das den Dreh- oder Lenkwinkel von gelenkten Rädern nach Massgabe einer Lenkeingabe aus einer Betätigungsvorrichtung, z. B. einem Lenkrad, frei steuert.
Stand der Technik
In einem herkömmlichen Lenksteuergerät, wie es in JP-A-10-264838 (= DE 198 01 974 A1 ) offenbart ist, wird die Lenkgrösse in ein elektronisches Signal umgewandelt, wenn der Fahrer eine Lenkoperation vornimmt, indem er das Lenkrad dreht. Dieses elektronische Signal wird von einer elektronischen Steuereinheit in ein Steuersignal umgewandelt. Dieses Steuersignal wird einem Antriebsgerät für ein gelenktes Rad zugeführt, das den Lenkwinkel des gelenkten Rads (oft auch als ”Drehwinkel” oder ”Vorderrad-Drehwinkel” bezeichnet) steuert oder justiert. Mit einem Lenkwinkel, der mit Hilfe des Lenkrads appliziert wird, als Soll-Lenkwinkel und dem von einem Lenkwinkelsensor detektierten Lenkwinkel der gelenkten Räder als Ist-Wert führt die elektronische Steuereinheit eine Rückkopplungssteuerung durch, um zu veranlassen, dass der Ist-Lenkwinkel sich dem Soll-Lenkwinkel annähert. Ein charakteristisches Merkmal des Lenksteuergeräts besteht darin, dass die rückkopplungsgesteuerte Verstärkung entsprechend dem Fahrzustand des Fahrzeugs eingestellt wird, um eine optimale Lenksteuerung herbeizuführen. Das heisst, es wird darauf hingewirkt, dass die Lenk-Verstärkung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit V, dem Lenkwinkel [theta] und der Strassenoberfläche [mu] variiert, um eine optimale Drehsteuerung auszuführen.
In einem Lenksystem, das den Raddrehwinkel der Änderung des Lenkwinkels entsprechend variiert, wächst die Lenkverstärkung im allgemeinen proportional zur Grösse des Lenkwinkels, und die Lenkverstärkung verkleinert sich, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit von einer niedrigen auf eine hohe Geschwindigkeit anwächst.
Um mit diesem Lenksystem bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit eine Aktion zur Unfallvermeidung durchzuführen, ist der erforderliche Lenkradwinkel (Lenkwinkel) zu gross, so dass der Fahrer keine Manöver zur Unfallvermeidung zustande bringen kann.
Man kann zwar eine Unfallvermeidung möglich machen, indem man die Lenkgeschwindigkeit hoch und die Lenkverstärkung gross macht, selbst wenn der erforderliche Lenkradwinkel (Lenkwinkel) des Lenksystems klein ist, allerdings wird dann die Lenkverstärkung bei normaler Fahrt (stationäre Verstärkung) zu gross und erhöht die Anspannung des Fahrers und führt zu einer Verschlechterung des Lenkempfindens.
Dieses Phänomen ist darauf zurückzuführen, dass die Lenkverstärkung im allgemeinen unter die stationäre Verstärkung fällt, wenn das Lenksystem in einem Bereich hoher Frequenz bei einer Frequenz liegt, die der Lenkgeschwindigkeit zur Unfallvermeidung entspricht (es gilt die Beziehung, dass die Frequenz hoch ist, wenn die Lenkgeschwindigkeit hoch ist).
Das in JP-A-10-264838 offenbarte Lenksteuergerät variiert das Drehwinkelverhältnis und justiert die Lenkverstärkung entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit. Da es sich jedoch um eine Änderung der Verstärkung handelt, die der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, eignet sie sich nicht für Anwendungen, in denen sie mit der Änderung der Lenkgeschwindigkeit (Frequenz) korrespondieren muss, wie dies in Situationen zur Unfallvermeidung der Fall ist.
US 6687588 B2 zeigt ein drahtgebundenen Lenkungssystem (steer-bywire), umfassend eine Straßenrad-Einheit, die auf ein Straßenradbefehlssignal zur Lenkung eines Fahrzeugs reagiert. Die besagte Straßenrad-Einheit umfasst einen Straßenrad-Positionssensor, um ein Straßenrad-Positionssignal zu erzeugen und zu übertragen, sowie einen Straßenradkraft-Sensor, um ein Straßenradkraft-Signal zu erzeugen und zu übertragen. Weiterhin weist das Lenkungssystem eine Lenkrad-Einheit auf, die auf ein Lenkrad-Drehmomentbefehl-Signal ansprechbar ist. Die besagte Lenkrad-Einheit umfasst einen Lenkrad-Positionssensor, um ein Lenkrad-Positionssignal zu erzeugen und zu übertragen, sowie einen Drehmomentsensor, um ein Feedback-Drehmomentsensor-Signal zu erzeugen und zu übertragen. Außerdem weist das Steuer-System einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor auf, um ein Fahrzeuggeschwindigkeit-Signals zu erzeugen und zu übertragen. Eine zentrale Steuereinheit ist dabei mit dem besagten Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, mit der Lenkrad-Einheit und der Straßenrad-Einheit verbunden, wobei die Lenkrad-Einheit auch auf das Lenkrad-Positionssignal ansprechbar ist.
DE 19601825 A1 offenbart ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem lenkbaren Rad, einem Stellantrieb und einem Überlagerungsgetriebe, wobei durch das Überlagerungsgetriebe die durch den Fahrer des Fahrzeugs initiierte Lenkbewegung und die durch den Stellantrieb initiierte Bewegung zur Erzeugung der Lenkbewegung des lenkbaren Rades überlagert werden, und der Stellantrieb zu Initiierung seiner Bewegung durch eine Stellgrösse, die wenigstens abhängig von der durch den Fahrer initiierten Lenkbewegung ist, angesteuert wird.
DE 4326355 C2 zeigt eine weitere Lenkeinrichtung zur Lenkung eines Kraftfahrzeuges, umfassend einen Lenkwinkelverhältnis-Änderungsmechanismus zum Variieren eines Lenkwinkelverhältnisses zwischen einem ersten Winkel, um den das Lenkrad gedreht ist, und einem zweiten Winkel, um den das lenkbare Strassenrad gelenkt ist, einen Lenkradwinkeldetektor zur Erfassung des ersten Winkels und einen Gierwinkelgeschwindigkeitsdetektor zur Erfassung einer aktuellen Gierwinkelgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs.
DE 10359422 A1 betrifft ein Verfahren zur Regelung einer drahtgebundenen Lenkung (steer-bywire) eines Fahrzeugs mit zwei unabhängigen Vorderrädern.
DE 38 54 731 T2 bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung des Vorderradlenkwinkels bei einer Vorderradlenkung eines Fahrzeuges in Abhängigkeit von einem Lenkradeingangswinkel und einer gemessenen Gierrate des Fahrzeugs, wobei der Vorderradlenkwinkel als eine Summe eines Lenkradeingangswinkelvorwärtskopplungsterms, welcher auf dem Lenkradeingangswinkel basiert, und eines Gierratenrückkopplungsterms, welcher auf einem ermitteltem Wert der Gierrate basiert, geregelt wird.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Fahrzeuglenkgerät bereitzustellen, bei dem bei normaler Fahrt ein Ansprechen der Lenkung beibehalten wird, das von dem Fahrer leicht zu handhaben ist, während das Ansprechen in einer Situation zur Unfallvermeidung erhöht wird.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Fahrzeuglenkgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäss vorliegender Erfindung ist ein Fahrzeuglenkgerät vorgesehen, das aufweist:
eine vom Fahrer beim Lenken betätigte Betätigungsvorrichtung,
ein Betätigungszustandsniveau-Detektoreinrichtung zum Detektieren des Betätigungszustandsniveaus der Betätigungsvorrichtung,
ein Drehstellglied zur Richtungsänderung von gelenkten Rädern, einen Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor, einen Fahrzeugverhaltens-Sensor zum Detektieren der Giergeschwindigkeit oder der Querbeschleunigung und eine ECU, welche ein Steuersystem bildet. Das Steuersystem umfass dabei umfasst eine Stufe zur Erzeugung eines Phasenvorlaufs auf das von dem Lenkradwinkelsensor ausgegebene Lenksignal, eine erste Subtrahierstufe, eine Stufe zur Einstellung eines Soll-Lenkwinkels, eine Rückkopplungsstufe, eine zweite Subtrahierstufe, eine Stufe zur Einstellung einer Soll-Lenkreaktion, eine Stufe zur Lenkmotorsteuerung Steuerung des Lenkmotors und eine Stufe zur Steuerung des Lenkreaktionsmotors, wobei das von dem Fahrzeugverhaltens-Sensor ausgegebene Signal über die Rückkopplungsstufe von der ECU zugeführt wird.
Bei diesem Fahrzeuglenkgerät wird der Steuereinrichtung für die Ansteuerung eines Drehstellglieds ein Signal zugeführt, das erzeugt wird, indem zu einem Lenksignal, das ein von einer Betätigungszustandsniveau-Detektoreinrichtung ausgegebenen Betätigungszustandsniveau repräsentiert, eine Phasenvorlaufkomponente hinzuaddiert und darauf als Rückkopplungssignal ein Signal angewendet wird das eine Verhaltensgrösse repräsentiert. Auf diese Weise wird der Lenkwinkel der gelenkten Räder unter Berücksichtigung eines Phasenvorlauffaktors des Lenksignals und des Fahrzeugverhaltenszustands festgelegt.
Die Fahrzeugverhaltensgrösse ist vorzugsweise die Giergeschwindigkeit oder die Querbeschleunigung.
Um ein Steuersignal zu erzeugen, wird zu einem dem Lenkwinkel entsprechenden Lenksignal eine Phasenvorlaufkomponente hinzuaddiert, und ausserdem wird die Fahrzeugverhaltensgrösse Giergeschwindigkeit oder Querbeschleunigung rückgekoppelt.
Dadurch wird bei normaler Fahrt ein Ansprechen der Lenkung beibehalten, das von dem Fahrer leicht zu handhaben ist, während das Ansprechen in einer Situation zur Unfallvermeidung erhöht wird, so dass ein leichtes und präzises Lenkung für die Unfallvermeidung möglich ist, ohne dass ein exzessiv grosser Lenkwinkel wie beim normalen Lenken erforderlich ist.
Ausführungsbeispiel
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Fahrzeuglenkgeräts gemäss der Erfindung,
2 zeigt ein Blockdiagramm eines Steuersystems des Fahrzeuglenkgeräts.
Im folgenden wird auf der Basis der anliegenden Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden eine Betätigungsvorrichtung, eine Betätigungszustandsniveau-Detektoreinrichtung, ein Drehstellglied, eine Steuereinrichtung, eine Phasenkomponenten-Justiereinrichtung, eine Verhaltensgrössen-Detektoreinrichtung und eine Signalapplikationseinrichtung von einem Lenkrad, einem Lenkradwinkelsensor, einem Drehantriebsmechanismus, einer ECU (elektronischen Steuereinheit), einem Teil für einen Phasenvorlauf, einem Fahrzeugverhaltens-Sensor bzw. einer Subtrahierstufe gebildet.
1 zeigt schematisch den Geräteaufbau eines Fahrzeuglenkgeräts nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ein Fahrzeuglenkgerät 10 ist ein Fahrzeuglenkgerät mit elektronischer Steuerung, das den Lenkwinkel (bedeutet das Gleiche wie Drehwinkel) von Vorderrädern 12, die die gesteuerten Räder bilden, nach Massgabe der Lenkeingabe einer (im folgenden als ”Lenkrad 11” bezeichneten) Lenkvorrichtung 11 frei steuern kann.
Wenn der Fahrer das Lenkrad 11 dreht, wird der aus der Betätigung durch den Fahrer resultierende Drehwinkel (Lenkwinkel) des Lenkrads 11 auf der Basis der Steuerungsfunktion eines elektronischen Steuerungssystems über einen Drehantriebsmechanismus 13 in einen entsprechenden Lenkwinkel an den Vorderrädern 12 umgewandelt. Dadurch, dass der Fahrer das Lenkrad 11 betätigt, wird eine Information, die die von dem Fahrer gewünschte Fahrzeugbewegung (oder Vorwärtsorientierung des Fahrzeugs) repräsentiert, in das elektronische Steuerungssystem eingegeben. Der Drehwinkel (Lenkwinkel) des Lenkrads 11 wird von einem Lenkradwinkelsensor 14 detektiert.
Der Lenkradwinkelsensor 14, ein Lenkreaktionsmotor 16 und ein Lenkmomentsensor 17 sind an der Lenksäule 15 des Lenkrads 11 montiert.
Der Lenkreaktionsmotor 16 führt dem Fahrer über die Lenksäule 15 und das Lenkrad 11 eine Lenkreaktion zu. Da das Lenkrad 11, wie oben beschrieben, nicht über eine mechanische Konstruktion mit den Vorderrädern 12 verbunden ist, muss dem Fahrer eine Lenkreaktion als Lenkgefühl vermittelt werden, wenn er das Lenkrad betätigt.
Der Lenkmomentsensor 17 detektiert ein Lenkmoment, das auftritt, wenn der Fahrer das Lenkrad 11 gegen die von dem Lenkreaktionsmotor 16 erzeugte Lenkreaktionskraft betätigt.
Die beiden Vorderräder 12 sind auf beiden Seiten des Drehantriebsmechanismus 13 angeordnet. Der Drehantriebsmechanismus 13 umfasst einen Lenkmotor 18, der in seinem Zentrum Spurstangen 19 bewegt, die aus seinen Enden hervorstehen, sowie Gelenkarme 20, die mit den Enden der Spurstangen 19 verbunden sind. Die Vorderräder 12 sind mit den Gelenkarmen 20 verbunden. An dem Drehantriebsmechanismus 13 ist ein Lenkwinkelsensor 21 zur Detektierung des Lenkwinkels montiert, der aus der Drehung des Lenkmotors 18 resultiert.
Als weitere Detektorstufen sind ein Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor 22 und ein Fahrzeugverhaltens-Sensor 23 zum Detektieren der Giergeschwindigkeit oder der Querbeschleunigung vorgesehen.
Eine ECU (elektronische Steuereinheit) 24 bildet das Steuersystem des Fahrzeuglenkgeräts. Eingabefaktoren für die ECU 24 sind der Lenkradwinkelsensor 14, der Lenkmomentsensor 17, der Lenkwinkelsensor 21, der Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor 22 und der Fahrzeugverhaltens-Sensor 23. Ausgabefaktoren der ECU 24 sind der Lenkreaktionsmotor 16 und der Lenkmotor 18.
2 zeigt ein Blockdiagramm der Konstruktion des Steuersystems des Fahrzeuglenkgeräts.
In der Anordnung von 2 bildet die (mit gestrichelten Linien umrahmte) ECU 24 ein Steuersystem und umfasst eine Stufe 31 zur Erzeugung eines Phasenvorlaufs, eine erste Subtrahierstufe 32, eine Stufe 33 zur Einstellung eines Soll-Lenkwinkels, eine Rückkopplungsstufe 34, eine zweite Subtrahierstufe 35, eine Stufe 36 zur Einstellung einer Soll-Lenkreaktion, eine dritte Subtrahierstufe 37, eine Stufe 38 zur Lenkmotorsteuerung und eine Stufe 39 zur Steuerung des Lenkreaktionsmotors.
Ein von dem Lenkradwinkelsensor 14 ausgegebenes Lenksignal wird über die Phasenvorlaufstufe 31 und die erste Subtrahierstufe 32 der Stufe 33 zur Einstellung des Soll-Lenkwinkels zugeführt. Das Lenksignal ist ein Signal, das den Lenkwinkel des Lenkrads 11 repräsentiert und hat eine Frequenzkomponente (f), die sich der Lenkgeschwindigkeit (Lenkwinkelgeschwindigkeit ú = 2[pi]f) entsprechend ändert.
Die Phasenvorlauffaktorstufe 31 enthält einen Ausdruck K1(1 + aT1s)/(1 + T1s), der eine Transferfunktion in einer s-(Laplace-Transformations)-Region einer Phasenvorlaufschaltung (z. B. eines Phasenvorlaufkompensators) darstellt. In diesem Ausdruck ist K1 ein Verstärkungskoeffizient, T1 eine Zeitkonstante, s ein Laplace-Operator und a eine Proportionalitätskonstante, die so gesetzt ist, dass a < 1.
Die Transferfunktion {K1(1 + aT1s)/(1 + T1s)} liefert bei einem Lenksignal mit niedriger Lenkgeschwindigkeit (niedriger Frequenz f) ein Lenksignal mit niedriger Verstärkung und bei einem Lenksignal mit hoher Lenkgeschwindigkeit (hoher Frequenz f) ein Lenksignal mit hoher Verstärkung.
Das von dem Fahrzeugverhaltens-Sensor 23 ausgegebene Verhaltenssignal wird über die Rückkopplungsfaktorstufe 34 zugeführt. Das Verhaltenssignal ist ein Signal, das die Giergeschwindigkeit repräsentiert, oder ein Signal, das die Querbeschleunigung repräsentiert.
Die Rückkopplungsfaktorstufe 34 enthält den Ausdruck K2(1 + bT2s)/(1 + T2s), der eine Transferfunktion in einer s-(Laplace-Transformations)-Region einer Integrierschaltung darstellt. In diesem Ausdruck ist K2 eine Verstärkungskonstante, T2 eine Zeitkonstante, s ein Laplace-Operator und b eine Proportionalitätskonstante, die so gesetzt ist, dass b < 1.
Als Rückkopplungsfaktorstufe 34 werden aus der Information über die Beschleunigung und Geschwindigkeit im allgemeinen die Beschleunigung, die Geschwindigkeit und die Position rückgekoppelt, und der Rückkopplungsfaktor ist als Konstante oder Integrationsfaktor gesetzt. Der oben angegebene Ausdruck entspricht der allgemeinen Form Realisierung dieses Rückkopplungsfaktors. Er kann in Abhängigkeit von der Wahl der obigen Werte b und T so gewählt werden, dass er in einer Kennlinie von einer Konstanten zu einem Integrationsfaktor variiert.
Ein Rückkopplungspfad wird von einem Signal gebildet, das das von dem Fahrzeugverhaltens-Sensor 23 detektierte Verhalten (Giergeschwindigkeit oder Querbeschleunigung) des Fahrzeugs repräsentiert und über die Rückkopplungsfaktorstufe 34 der ersten Subtrahierstufe 32 zugeführt wird.
Die erste Subtrahierstufe 32 subtrahiert das Verhaltenssignal, das die Rückkopplungsfaktorstufe 39 durchlaufen hat, von dem Lenksignal, das den Phasenvorlauffaktorstufe 31 durchlaufen hat, und liefert ein Abweichungssignal SG1 an den Teil 33 zur Einstellung des Soll-Lenkwinkels.
Das Abweichungssignal SG1 und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal aus dem Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor 22 werden der Stufe 33 zur Einstellung des Soll-Lenkwinkels zugeführt. Entsprechend dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, das ihm von dem Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor 22 zugeführt wird, mit dem Abweichungssignal SG1 als Sollwertsignal setzt die Stufe 33 zur Einstellung des Soll-Lenkwinkels einen Soll-Lenkwinkel, der dem Lenkwinkel des Lenkrads 11 entspricht, und liefert das Soll-Lenkwinkelsignal an die zweite Subtrahierstufe 35.
Die zweite Subtrahierstufe 35 subtrahiert von dem Soll-Lenkwinkelsignal ein Signal, das von dem Lenkwinkelsensor 21 ausgegeben wird und den Ist-Lenkwinkel repräsentiert, und liefert an den Lenkmotor-Steuerstufe 38 ein Abweichungssignal SG2.
Die Stufe 36 zur Einstellung der Soll-Lenkreaktion setzt einen Sollwert der Lenkreaktion für die Ansteuerung des Lenkreaktionsmotors 16 und beaufschlagt das Lenkrad 11 mit einer Lenkreaktion.
Das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal aus dem Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor 22, das Signal aus dem Lenkwinkelsensor 21 das den Ist-Lenkwinkel repräsentiert, das Signal aus dem Fahrzeugverhaltens-Sensor 23, das das Fahrzeugverhalten (Querbeschleunigung, Giergeschwindigkeit) repräsentiert, und das von der zweiten Subtrahierstufe 35 ausgegebene Abweichungssignal SG2 werden der Stufe 36 zur Einstellung der Soll-Lenkreaktion zugeführt.
Auf der Basis des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals, des den Ist-Lenkwinkel repräsentierenden Signals, des das Fahrzeugverhalten repräsentierenden Signals und des Abweichungssignals SG2 setzt die Stufe 36 zur Einstellung der Soll-Lenkreaktion einen Sollwert der Lenkreaktion. Die einer Reaktion entsprechende Rückkopplung von Signalen an den Fahrer, die die Fahrt des Fahrzeugs repräsentieren, unterstützen den Fahrer beim optimalen Lenken. Ein Signal zu einer Soll-Lenkreaktion, das von der Stufe 36 zur Einstellung der Soll-Lenkreaktion ausgegeben wird, wird der dritten Subtrahierstufe 37 zugeführt.
Die dritte Subtrahierstufe 37 subtrahiert von dem die Soll-Steuerreaktion repräsentierenden Signal ein das Ist-Lenkmoment repräsentierendes Signal, das von dem Lenkmomentsensor 17 ausgegeben wird, und liefert ein Abweichungssignal SG3 an die Stufe 39 zur Steuerung des Lenkreaktionsmotors.
Die Lenkmotor-Steuerstufe 38 steuert auf der Basis des Abweichungssignals SG2, das ihm von dem Subtrahierteil 35 zugeführt wird, den Lenkmotor 38 des Lenkantriebsmechanismus 13 in der Weise, dass der Lenkwinkel der Vorderräder 12 sich dem Soll-Lenkwinkel annähert. Diese Steuerung wird so durchgeführt, dass das Abweichungssignal SG2 zu Null wird.
Die Lenkreaktionsmotor-Steuerstufe 39 steuert auf der Basis des Abweichungssignals SG3, das ihm von dem Subtrahierteil 37 zugeführt wird, den Lenkreaktionsmotor 16 in der Weise, dass sich das Lenkmoment dem Soll- Lenkmoment annähert. Diese Steuerung wird so durchgeführt, dass das Abweichungssignal SG3 zu Null wird.
Wie oben beschrieben wurde, ist das Lenksteuersystem eines Fahrzeuglenkgeräts nach diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel so konstruiert, dass es einen Phasenvorlauffaktor aus einem Phasenvorlauffaktorteil 31 mit einem den Lenkwinkel des Lenkrads 11 betreffenden Signal verknüpft, das dem Teil 33 zur Einstellung des Ziel-Lenkwinkels zugeführt wird, und das Fahrzeugverhalten mittels des Rückkopplungsfaktorteils 34 und des Subtraktionsteils 32 rückkoppelt.
In einer Region hoher Frequenz, die der Betätigung des Lenkrads 11 mit hoher Lenkgeschwindigkeit entspricht, z. B. bei einer Lenkradbetätigung mit schneller Bewegung bei einem Unfallausweichmanöver oder dgl., während das Fahrzeug fährt, kann deshalb die Verstärkung des Lenksteuersystems erheblich vergrössert werden, ohne dass die Stabilität des Systems verlorengeht, und es lässt sich eine hohe Ansprechempfindlichkeit realisieren.
Dies liegt daran, dass bei der Einstellung des Phasenvorlaufs für den von dem Lenkrad 11 gelieferten Lenkwinkel das Fahrzeugverhalten, wie die Giergeschwindigkeit oder die Querbeschleunigung berücksichtigt wird, indem es rückgekoppelt und appliziert wird. Dadurch lässt sich ein sehr schnelles Ansprechen mit einem stabilen Ansprechen realisieren.
Bei einem Fahrbahnwechsel, der z. B. vorgenommen wird, um einen Unfall zu vermeiden und ein Hindernis zu umgehen, ist das Ansprechen der Querbeschleunigung wichtig, und bezüglich der Betätigung des Lenkrads ist es um so besser, je grösser die Geschwindigkeit der Lenkeingabe (Lenkgeschwindigkeit) ist.
Bei der Lenkradbetätigung unter allgemeinen Testbedingungen ist bei einem normalen Fahrer eine Lenkgeschwindigkeit von 500[deg.]/Sekunde die maximale eingebbare Lenkgeschwindigkeit, und bei einem spezialisierten Testfahrers ist eine Lenkgeschwindigkeit von 1000[deg.]/Sekunde ist die maximale eingebbare Lenkgeschwindigkeit.
Um bei dem Steuersystem eines Fahrzeuglenkgeräts die Fähigkeit zur Unfallvermeidung zu bewerten, sollte man deshalb den Fokus auf eine Querbeschleunigungsverstärkung bei Lenkeingabegeschwindigkeiten von 500[deg.]/Sekunde bis 1000[deg.]/Sekunde richten.

Wenn in diesem Zusammenhang z. B. für ein kleines Personenkraftfahrzeug optimale Werte der oben erwähnten Konstanten K1, T1, a der Transferfunktion K1(1 + aT1s)/(1 + T1s) des Phasenvorlauffaktorteils und die Konstanten K2, T2, b der Rückkopplungsfaktor-Transferfunktion K2(1 + bT2s)/(1 + T2s) des Lenksystems gewonnen wurden, bei denen ein Ausweichmanöver in einem minimalen Abstand bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 72 km/h möglich ist, und eine Änderung der Querbeschleunigungs-Ansprechverstärkung, die stationären Lenkgeschwindigkeiten (Lenkwinkelgeschwindigkeit = 2[pi]f) von 500[deg.]/Sekunde und 1000[deg.]/Sekunde entspricht, berechnet wurde, wurden die in der Tabelle 1 dargestellten Ergebnisse gewonnen. Tabelle 1

Inhalt	Verstärkungsänderung aus stationärem Zustand (dB)
	500°/sec	1000°/sec.
Lenksystem nach dem Stand der Technik, das keine spezielle Steuerung ausführt	–12,3	–10,6
Lenksystem, das einen Phasenvorlauffaktor zu dem Lenkwinkel des Lenkrads hinzufügt und außerdem eine Rückkopplung der Giergeschwindigkeit durchführt	0,8	–0,7
Lenksystem, das einen Phasenvorlauffaktor zu dem Lenkwinkel des Lenkrads hinzufügt und außerdem eine Rückkopplung der Querbeschleunigung durchführt	17,3	15,2

Wie aus Tabelle 1 klar hervorgeht, ist es mit einem Fahrzeuglenkgerät gemäss der Erfindung im Vergleich zu einem Lenksystem nach dem Stand der Technik möglich, das Abfallen der Verstärkung bei Lenkeingabegeschwindigkeiten im Zusammenhang mit einer Unfallverhütung zu verbessern und einen Anstieg des Gewinns zu erreichen, und es lässt sich bei normaler Fahrt ein Ansprechen realisieren, das der Fahrer leicht handhaben kann, während sich einer Unfallverhütungssituation ein sehr schnelles Ansprechen realisieren lässt.

Claims

Fahrzeuglenkgerät, das aufweist: ein vom Fahrer beim Lenken betätigtes Lenkrad (11), einen Lenkradwinkelsensor (14) zum Detektieren des Drehwinkels des Lenkrads (11), einen Drehantriebsmechanismus (13) zur Richtungsänderung von gelenkten Rädern (12), einen Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor (22); einen Fahrzeugverhaltens-Sensor (23) zum Detektieren der Giergeschwindigkeit oder der Querbeschleunigung; und eine ECU (24), welche ein Steuersystem bildet, welches umfasst – eine Stufe (31) zur Erzeugung eines Phasenvorlaufs auf das von dem Lenkradwinkelsensor (14) ausgegebene Lenksignal, – eine erste Subtrahierstufe (32), – eine Stufe (33) zur Einstellung eines Soll-Lenkwinkels, – eine Rückkopplungsstufe (34), – eine zweite Subtrahierstufe (35), – eine Stufe (36) zur Einstellung einer Soll-Lenkreaktion, – eine Stufe (38) zur Steuerung des Lenkmotors (18) und – eine Stufe (39) zur Steuerung des Lenkreaktionsmotors (16), wobei das von dem Fahrzeugverhaltens-Sensor (23) ausgegebene Signal über die Rückkopplungsstufe (34) von der ECU (24) zugeführt wird.
Fahrzeuglenkgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenvorlaufstufe (31) einen Ausdruck K₁(1 + aT₁s)/(1 + T₁s) enthält, der eine Transferfunktion in einer s-Laplace-Transformations-Region einer Phasenvorlaufschaltung darstellt, wobei K₁ ein Verstärkungskoeffizient, T₁ eine Zeitkonstante; s ein Laplace-Operator und a eine Proportionalitätskonstante ist, die so gesetzt ist, dass a < 1 ist.
Fahrzeuglenkgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkopplungsstufe (34) einen Ausdruck K₂(1 + bT₂s)/(1 + T₂s) enthält, der eine Transferfunktion in der s-Laplace-Transformations-Region einer Integrierschaltung darstellt, wobei K2 eine Verstärkungskonstante, T₂ eine Zeitkonstante, s ein Laplace-Operator und b eine Proportionalitätskonstante ist, die so gesetzt ist, dass b < 1 ist.