DE102006035369B4

DE102006035369B4 - Fahrzeuglenkungssteuerungsgerät und zugehöriges Steuerungsverfahren

Info

Publication number: DE102006035369B4
Application number: DE102006035369A
Authority: DE
Inventors: Theerawat Toyota Limpibunterng; Takahiro Toyota Kojo
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-11-02
Filing date: 2006-10-24
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2026-10-25
Also published as: CN100532178C; DE102006035369A1; CN101537854A; US20070107979A1; US7530423B2; US7711465B2; US20090198417A1; CN101537854B; JP4367402B2; CN1958373A; JP2007125965A

Abstract

Fahrzeuglenkungssteuerungsgerät mit:
einer Steuerungseinrichtung (4) mit variablem Lenkungsverhältnis zur Steuerung eines Lenkwinkels von gelenkten Rädern (FL, FR) durch Anlegen einer Ansteuerungskraft an eine Lenkungseingabe, und
einer Betriebsdrehmomentberechnungseinrichtung (42) zur Berechnung eines Betriebsdrehmoments, das ein Fahrer an eine Lenkung (10) anlegt,
gekennzeichnet durch
eine Eingabedrehmomenterhalteeinrichtung zum Erhalten eines Eingabedrehmoments, das an einen Lenkungsstrang (11) eines Lenkungssystems durch externe Kräfte angelegt wird,
eine Solllenkwinkeleinstelleinrichtung (41, 45, 46), um einen Solllenkwinkel der Steuerungseinrichtung mit variablem Lenkungsverhältnis kleiner einzustellen, wenn sowohl eine erste Bedingung, die erfüllt ist, wenn das Betriebsdrehmoment kleiner ist als ein erster vorbestimmter Wert, als auch eine zweite Bedingung, die erfüllt ist, wenn das Eingabedrehmoment kleiner ist als ein zweiter vorbestimmter Wert, erfüllt sind, als wenn zumindest eine der ersten und zweiten Bedingungen nicht erfüllt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Lenkungssteuerungsgerät eines Fahrzeugs, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder 6 bzw. ein Lenkungssteuerungsverfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 12 oder 14.
Stand der Technik
Das Lenkungssteuerungsgerät (VGRS: Variable Gear Ratio Steering bzw. Lenkung mit variablem Zahnradverhältnis), das eine Steuerungseinrichtung mit variablem Lenkungsverhältnis umfasst, die das Verhältnis zwischen dem Lenkwinkel eines Lenkrads und dem Lenkwinkel von gelenkten Rädern ändern kann, ist bekannt (siehe beispielsweise japanische Patentanmeldung JP 11-32 1684 A entsprechend DE 199 20 450 B4 ). Diese Technologie zielt darauf ab, eine gewünschte Lenkungsreaktion bzw. Lenkungsantwort unter verschiedenen Betriebsbedingungen des Fahrzeugs, beispielsweise durch Ändern des Lenkungsverhältnisses entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit, zu realisieren. Um eine derartige Steuerungseinrichtung mit variablem Lenkungsverhältnis zu realisieren, wird beispielsweise ein, Übertragungsabschnitt bzw. Getriebeabschnitt, wie beispielsweise ein Zahnrad, bei einem Verbindungspunkt zwischen der Eingabewelle bei der Lenkradseite und der Ausgabewelle bei der Spurstangenseite bereitgestellt und die relativen Drehwinkel der Eingabewelle und der Ausgabewelle werden geändert, indem eine Ansteuerungskraft an den Getriebeabschnitt durch eine Betätigungseinrichtung angelegt wird. Es ist anzumerken, dass die Betätigungseinrichtung, die die Ansteuerungskraft an den Getriebeabschnitt anlegt, den Getriebeabschnitt bilden kann. Es ist anzumerken, dass es für eine derartige Lenkungsverhältnissteuerung ein Verfahren gibt, bei dem eine Regelung ausgeführt wird, um einen Solllenkwinkel zu erreichen.
Bei einer Regelung für eine variable Lenkungsverhältnissteuerung, wie sie vorstehend beschrieben ist, wird die Genauigkeit einer Positionssteuerung verbessert, indem die Steuerungsverstärkung hoch eingestellt wird. Wenn jedoch der Fahrer das Lenkrad nicht hält (was als ein "Nichthalten-Zustand" bezeichnet wird, wenn es erforderlich ist), wird die Reaktionskraft von der Betätigungseinrichtung durch die Lenkradseite nicht empfangen, wobei folglich das Steuerungssystem instabil wird. Als Ergebnis kann das Lenkrad vibrieren. Ein derartiger Nichthalten-Zustand kann auftreten, während das Lenkrad zu der neutralen Position zurückgeführt wird.
In dem Verfahren, das in der japanischen Patentanmeldung Nr. JP 11-321684 A offenbart ist, wird zum Zwecke einer Verringerung einer Vibration bzw. Schwingung, wenn der Fahrer. das Lenkrad nicht hält, ein derartiger Nichthalten-Zustand auf der Grundlage des Drehmoments erfasst, das der Fahrer an das Lenkrad anlegt, und wenn er erfasst wird, wird die Steuerungsverstärkung verringert.
Wenn jedoch die Steuerungsverstärkung auf diese Art und Weise verringert wird, werden die Genauigkeit der Positionssteuerung und die Lenkungsreaktion bzw. Lenkungsantwort verschlechtert, wobei somit eine Schwierigkeit entsteht, dass die Positionsabweichung aufgrund externer Störungen groß wird.
Technische Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Fahrzeuglenkungssteuerungsgerät und ein Steuerungsverfahren hierfür bereitzustellen, die eine Vibration bzw. Schwingung unterdrücken können, die auftritt, wenn der Fahrer das Lenkrad nicht hält, während die Positionsabweichung aufgrund externer Störungen verringert wird.
Technische Lösung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lenkungssteuerungsgerät eines Fahrzeugs mit den Merkmalen der Ansprüche 1 oder 6 bzw. durch ein Lenkungssteuerungsverfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 12 oder 14 gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die vorstehend genannte Vibration, die in dem Lenkungssystem auftritt, das die Steuerungseinrichtung mit variablem Lenkungsverhältnis umfasst, wenn der Fahrer das Lenkrad nicht hält, neigt dazu, nahe bei dem Gleichgewichtspunkt intermittierend aufzutreten, nachdem das Lenkrad etwa zu der neutralen Position zurückgekehrt ist. Erfindungsgemäß wird die Vibrationsverringerungssteuerung ausgeführt, wenn der Fahrer das Lenkrad nicht hält (d. h. das Betriebsdrehmoment ist kleiner als der erste vorbestimmte Wert), während der Gleichgewichtspunkt erreicht ist (d. h. das Eingangsdrehmoment ist kleiner als der zweite vorbestimmte Wert). Es ist anzumerken, dass der Ausdruck "Gleichgewichtspunkt" hier den Punkt angibt, bei dem die Drehmomenteingabe zu der Lenkungsseite und die Reaktionskraft von den gelenkten Rädern im Gleichgewicht sind.
Die Vibrationsverringerungssteuerung gemäß der Erfindung variiert in Reaktion auf den Solllenkwinkel, wobei in dem ersten Verfahren eine Vibration erzwungen gedämpft wird, indem der Solllenkwinkel kleiner eingestellt wird. In dem zweiten Verfahren wird eine Dämpfung der Vibration gefördert, indem die Phase des Solllenkwinkels von einer, die eine Vibration verursacht, verändert wird. Als das Verfahren zum Ändern der Phase kann beispielsweise die Filterfrequenz zur Berechnung des Solllenkwinkels geändert werden.
Gemäß der Erfindung wird, wenn der Fahrer das Lenkrad um den Gleichgewichtspunkt herum nicht hält, eine Dämpfung der Vibration gefördert und ein Auftreten der Vibration wird verhindert, indem die Reaktion bzw. Antwort des Solllenkwinkels geändert wird. Als Ergebnis ist es möglich, auf effektive Weise eine Vibration um den Gleichgewichtspunkt herum zu verhindern oder zu verringern. Zusätzlich wird die Vibrationsverringerungssteuerung nur ausgeführt, wenn der Fahrer das Lenkrad nicht hält, während der Gleichgewichtspunkt erreicht wird, wobei folglich die Genauigkeit einer Positionssteuerung und die Lenkungsreaktion nicht verschlechtert werden. Wenn es einige externe Störungen gibt, wird die Vibrationsverringerungssteuerung nicht ausgeführt, wobei folglich die Positionsabweichung aufgrund der externen Störungen ebenso verhindert werden kann.
Kurze Beschreibung der Abbildungen der Zeichnungen
Die vorstehend genannten und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen zur Darstellung gleicher Elemente verwendet werden, besser ersichtlich. Es zeigen:
1 eine Darstellung, die schematisch das Lenkungssystem zeigt, das ein Fahrzeuglenkungssteuerungsgerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst,
2 ein Steuerungsblockschaltbild, das die Konfiguration des ersten Ausführungsbeispiels zeigt,
3 einen Graphen, der einen Vergleich zwischen dem Ergebnis der Lenkungssteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und dem Ergebnis einer Lenkungssteuerung zeigt, bei der keine Vibrationsverringerungssteuerung ausgeführt wird,
4 eine Darstellung, die schematisch ein Lenkungssystem zeigt, das zu dem ersten Ausführungsbeispiel modifiziert ist,
5 ein Steuerungsblockschaltbild, das die Konfiguration des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt,
6 einen Graphen, der einen Vergleich zwischen dem Ergebnis der Lenkungssteuerung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und dem Ergebnis einer Lenkungssteuerung zeigt, bei der keine Vibrationsverringerungssteuerung ausgeführt wird,
7 eine Darstellung, die schematisch das Lenkungssystem zeigt, das ein Fahrzeuglenkungssteuerungsgerät gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst,
8 ein Steuerungsblockschaltbild, das die Konfiguration des dritten Ausführungsbeispiels zeigt,
9 eine Darstellung, die schematisch ein Lenkungssystem zeigt, das eine Steuerungseinrichtung mit variablem Lenkungsverhältnis umfasst, das zu dem ersten Ausführungsbeispiel modifiziert ist.
Weg(e) zur Ausführung der Erfindung
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Um das Verständnis der Beschreibung zu vereinfachen, werden gleiche Bezugszeichen für die gleichen Elemente in den Zeichnungen soweit wie möglich verwendet, wobei gleiche Beschreibungen der Elemente weggelassen werden.
Wie es in den 1 und 2 gezeigt ist, arbeitet ein Lenkungssystem, um ein rechtes Vorderrad FR und linkes Vorderrad FL, die gelenkte Räder sind, zu drehen, wenn ein Lenkrad 10 gedreht wird. Eine Drehung einer Lenkungswelle, die mit dem Lenkrad 10 verbunden ist, wird in eine lineare Bewegung in der horizontalen Richtung bei einem Lenkungsgetriebe 13 umgewandelt und wird dann zu den Vorderrädern FR, FL über eine Spurstange 14 übertragen.
Die Lenkungsachse umfasst eine Eingabewelle 11, die mit dem Lenkrad 10 verbunden ist, und eine Ausgabewelle 12, die mit dem Lenkungsgetriebe 13 verbunden ist. Ein Getriebemechanismus 20 ist zwischen der Eingabewelle 11 und der Ausgabewelle 12 bereitgestellt. Ein elektrischer Motor 21 ist mit dem Getriebemechanismus 20 verbunden. Sie bilden eine Steuerungseinrichtung mit variablem Lenkungsverhältnis.
Ein Eingabewinkelsensor 30 und ein Drehmomentsensor 31 sind bei der Eingabewelle 11 bereitgestellt. Der Eingabewinkelsensor 30 erfasst einen Betriebswinkel θh des Lenkrads 10 und der Drehmomentsensor 31 erfasst ein Eingabedrehmoment T zu dem Lenkungsstrang des Lenkungssystems. Das Eingabedrehmoment T ist eine resultierende Kraft von externen Kräften, die an den Lenkungsstrang des Lenkungssystems angelegt werden und die sich von einem Betriebsdrehmoment Th (was nachstehend ausführlich beschrieben wird) unterscheiden. Ein Motorausgabewinkelsensor 32, der einen Motorausgabewellendrehwinnkel θp erfasst, ist bei der Motorausgabewelle des Motors 21 bereitgestellt. Der Drehwinkel der Ausgabewelle 12 ist die Summe von θh und θp (θh + θp), wobei dieser Wert eine vorbestimmte Beziehung zu dem Lenkwinkel der Vorderräder FR, FL aufweist.
Eine Lenkungssteuerungseinheit 4 umfasst eine CPU, ein ROM, ein RAM, eine elektrische Schaltung usw., wobei die Ausgabesignale von dem Eingabewinkelsensor 30, dem Drehmomentsensor 31, dem Motorausgabewinkelsensor 32 und einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 50, der eine Fahrzeuggeschwindigkeit V des Fahrzeugs erfasst, der Lenkungssteuerungseinheit 4 eingegeben werden. Die Lenkungssteuerungseinheit 4 steuert die Ansteuerung des Motors 21.
Wie es in 2 gezeigt ist, umfasst die Lenkungssteuerungseinheit 4 ferner einen Solllenkwinkeleinstellabschnitt 41, einen Betriebsdrehmomentschätzabschnitt 42, einen Nichthalten-Zustand-Erfassungsabschnitt 43, einen Gleichgewichtserfassungsabschnitt 44, einen Solllenkwinkeleinstellabschnitt 45, einen Schaltabschnitt 46 einen Kompensator bzw. eine Kompensationseinrichtung 23, eine Motoransteuerungsschaltung 22, Multiplizierer 47, 48 und einen Addierer 49.
Der Solllenkwinkeleinstellabschnitt 41 stellt einen Sollausgabewinkel θpm auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit V, die durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 50 erfasst wird, und des Betriebswinkels θh, der durch den Eingabewinkelsensor 30 erfasst wird, ein. Der Drehwinkel θh + θp der Ausgabewelle 12 und der Lenkwinkel δ der gelenkten Räder weisen eine vorbestimmte Beziehung auf, die durch die Kennlinien bzw. Eigenschaften des Lenkungsgetriebekastens 13 definiert wird. Folglich ist eine Einstellung des Sollausgabewinkels θpm entsprechend dem Betriebswinkel θh gleichbedeutend zu einer Einstellung des Solllenkwinkels δm.
Der Betriebsdrehmomentschätzabschnitt 42 schätzt ein Betriebsdrehmoment Th, das durch einen Fahrer angelegt wird, unter Verwendung einer Gleichung (1) ab, die das Eingabedrehmoment T bei dem Lenkungsstrang des Lenkungssystems, das durch den Drehmomentsensor 31 erfasst wird, und den Betriebswinkel θh berücksichtigt, der durch den Eingabewinkelsensor 30 erfasst wird.
Das Referenzsymbol Ih bezeichnet ein Trägheitsmoments bei dem Lenkrad 10 und Ch bezeichnet einen Koeffizienten einer Flüssigkeitsreibung gegen die Drehung der Eingabenovelle 11. Das Trägheitsmoment Ih und der Flüssigkeitsreibungskoeffizient Ch weisen Werte auf, die für den Typ oder Aufbau jedes Lenkungssystems spezifisch sind. Folglich ist es durch Erhalten des Trägheitsmoments Ih und des Flüssigkeitsreibungskoeffizienten Ch im Voraus und durch Speichern derselben in dem Betriebsdrehmomentschätzabschnitt 42 möglich, das Betriebsdrehmoment Th aus dem Eingabedrehmoment T, einer Winkelgeschwindigkeit und einer Winkelbeschleunigung des Betriebswinkels θh zu schätzen.
Dann erfasst auf der Grundlage des Eingabedrehmoments T und des Betriebsdrehmoments Th der Nichthalten-Zustand-Erfassungsabschnitt 43 einen Nichthalten-Zustand, der ein Zustand ist, bei dem der Fahrer die Lenkung 10 nicht hält, und der Gleichgewichtserfassungsabschnitt 4 bestimmt, ob ein Gleichgewichtspunkt, der nachstehend beschrieben ist, erreicht ist. Genauer gesagt erfasst der Nichthalten-Zustand-Erfassungsabschnitt 43 den Nichthalten-Zustand durch ein Vergleichen des Absolutwerts des Betriebsdrehmoments Th und eines Schwellenwerts ε1. Der Schwellenwert ε1 wird auf einen Wert eingestellt, bei dem und über dem angenommen wird, dass der Fahrer das Lenkrad 10 steuerbar hält. Das heißt, wenn der Absolutwert |Th| größer oder gleich dem Schwellenwert ε1 ist, bestimmt der Nichthalten-Zustand-Erfassungsabschnitt 43, dass der Nichthalten-Zustand nicht vorhanden ist, wobei er folglich "0" an dem Multiplizierer 47 ausgibt. Wenn der Absolutwert |Th| kleiner als der Schwellenwert ε1 ist, bestimmt im Gegensatz dazu der Nichthalten-Zustand-Erfassungsabschnitt 43, dass der Nichthaften-Zustand vorhanden ist, wobei er folglich "1" an den Multiplizierer 47 ausgibt. Unterdessen bestimmt der Gleichgewichtserfassungsabschnitt 44, ob ein Gleichgewichtspunkt erreicht ist, indem der Absolutwert des Eingabedrehmoments T und ein Schwellenwert ε2 verglichen werden. Der Schwellenwert ε2 wird auf einen Wert eingestellt, der einem Zustand entspricht, bei dem die jeweilige Eingabe in den Lenkungsstrang des Lenkungssystems, d. h. die Eingabe von dem Fahrer zu dem Lenkrad 10 ins Gleichgewicht zu dem Unterstützungsdrehmoment von dem Motor 21 und der Reaktionskraft von der Seite der gelenkten Räder FL, FR gebracht ist. Das heißt, wenn der Absolutwert |T| größer oder gleich dem Schwellenwert ε2 ist, bestimmt der Gleichgewichtserfassungsabschnitt 44, dass der Gleichgewichtspunkt nicht erreicht ist, wobei er "0" an den Multiplizierer 47 ausgibt. Wenn der Absolutwert |TI| kleiner als der Schwellenwert ε1 ist, bestimmt der Gleichgewichtserfassungsabschnitt 44, dass der Gleichgewichtspunkt erreicht ist, wobei er "1" an den Multiplizierer 47 ausgibt.
Die Ausgabewerte (0 oder 1) von dem Nichthalten-Zustand-Erfassungsabschnitt 43 und dem Gleichgewichtserfassungsabschnitt 44 werden durch den Multiplizierer 47 multipliziert. Auf diese Weise wird an den Schaltabschnitt 46 "1" nur ausgegeben, wenn der Nichthalten-Zustand vorhanden ist und der Gleichgewichtspunkt erreicht ist. Wenn eine oder beide dieser Bedingungen nicht erfüllt ist/sind, beispielsweise wenn der Fahrer das Lenkrad 10 hält oder wenn der Fahrer das Lenkrad 10 nicht hält, aber der Gleichgewichtspunkt nicht erreicht ist, wird an den Schaltabschnitt 46 "0" ausgegeben.
Der Schaltabschnitt 46 ist mit der Ausgabeseite des Solllenkwinkeleinstellungsabschnitts 41 verbunden, wobei der Betrieb des Schaltabschnitts 46 durch die Ausgabe von dem Multiplizierer gesteuert wird. Genauer gesagt wird, wenn der Ausgabewert des Multiplizierers 47 0 ist, der Schalter zu der oberen Position in dem Schaltabschnitt 46, wie es in der Zeichnung gezeigt ist, eingestellt, wobei θpm, das von dem Solllenkwinkeleinstellabschnitt 41 ausgegeben wird, direkt einem positiven Eingangsanschluss des Addierers 49 zugeführt wird. Wenn der Ausgabewert des Multiplizierers 47 1 ist, wird der Schalter zu der unteren Position in dem Schaltabschnitt 46, wie es in der Zeichnung gezeigt ist, eingestellt. Ein Multiplizierer 48 ist zwischen dem positiven Eingangsanschluss des Addierers 49 und dem Schaltabschnitt 46 bereitgestellt, wobei θpm', das durch den Multiplizierer 48 berechnet wird, dem positiven Eingangsanschluss des Addierers 49 zugeführt wird. Der Ausgabewert des Solllenkwinkeleinstellabschnitts 45 wird dem Multiplizierer 48 zugeführt. Der Solllenkwinkeleinstellabschnitt 45 stellt eine Verstärkung G entsprechend dem Eingabedrehmoment T, das durch den Drehmomentsensor 31 erfasst wird, ein. Die Verstärkung G ist 1, wenn der Absolutwert des Eingabedrehmoments T gleich dem Schwellenwert ε2 ist, und nähert sich 0 an, wenn das Eingabedrehmoment T kleiner wird. Das heißt, θpm', das der Ausgabewert des Multiplizierers 48 ist, wird durch ein Multiplizieren von G mit θpm (G × θpm) erhalten, wobei es sich folglich 0 annähert, wenn das Eingabedrehmoment T abnimmt.
θp, das von dem Motorausgabewinkelsensor 32 ausgegeben wird, wird einem negativen Eingangsanschluss des Addierers 49 zugeführt. Folglich ist, wenn bestimmt wird, dass der Fahrer das Lenkrad 10 nicht hält und der Gleichgewichtspunkt erreicht ist, die Ausgabe von dem Addierer 49 θpm' – θp. In anderen Fällen ist der Ausgabewert des Addierers 49 θpm – θp. Das heißt, die Differenz zwischen dem eingestellten Sollausgabewinkel und dem tatsächlichen Ausgabewinkel wird an den Kompensator 23 ausgegeben.
Der Kompensator 23 berechnet die Ansteuerungsgröße des Motors 21 entsprechend der Differenz zwischen dem Sollausgabewinkel und dem tatsächlichen Ausgabewinkel und überträgt die berechnete Ansteuerungsgröße an die Motoransteuerungsschaltung 22. Die Motoransteuerungsschaltung 22 steuert dann den Motor 21 entsprechend der Ansteuerungsgröße an. Auf diese Weise wird der Lenkwinkel gesteuert, um auf einen gewünschten Winkel zu kommen, indem der tatsächliche Ausgabewinkel näher an den Sollausgabewinkel gebracht wird.
In 3 ist ein Graph gezeigt, der einen Vergleich zwischen dem Ergebnis der Lenkungssteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und dem Ergebnis einer Lenkungssteuerung, bei der keine Vibrationsverringerungssteuerung ausgeführt wird, zeigt, wenn der Fahrer seine oder ihre Hand von dem Lenkrad 10 wegnimmt, um es dem Lenkrad 10 zu ermöglichen, sich zu der neutralen Position zurückzudrehen, nachdem das Lenkrad 10 zu dem maximalen Lenkwinkel gedreht worden ist. In dem Graphen zeigt θpm1 Änderungen bezüglich der Zeit in dem Sollausgabewinkel und θp1 zeigt Änderungen bezüglich der Zeit in dem tatsächlichen Ausgabewinkel während der Lenkungssteuerung ohne Vibrationsverringerungssteuerung. Demgegenüber zeigt θpm2 Änderungen bezüglich der Zeit in dem Sollausgabewinkel und θp2 zeigt Änderungen bezüglich der Zeit in dem tatsächlichen Ausgabewinkel während der Lenkungssteuerung gemäß dem Ausführungsbeispiel.
Es ist nicht vermeidbar, dass sich der tatsächliche Ausgabewinkel mit einer Verzögerung in Reaktion auf eine Änderung des Sollausgabewinkels, beispielsweise aufgrund einer Verformung oder Reibung in dem Lenkungsstrang des Lenkungssystems, ändert. Aufgrund einer derartigen Verzögerung tritt eine Vibration bzw. Schwingung um die neutrale Position herum während der Lenkungssteuerung ohne Vibrationsverringerungssteuerung auf. Um dem entgegenzutreten wird in der Lenkungssteuerung gemäß dem Ausführungsbeispiel, wenn die Lenkung etwa die neutrale Position erreicht, die dem Gleichgewichtspunkt entspricht, der Sollausgabewinkel verringert, um den Solllenkwinkel zu verringern (siehe θpm2). Als Ergebnis wird die Betriebsgröße des Motors 21 verringert, so dass eine Vibration auf effektive Weise unterdrückt wird (siehe θp2). In diesem Fall ist die Steuerungsverstärkung im Wesentlichen die gleiche wie die, die bei einer regulären Steuerung verwendet wird, wobei folglich eine gute Lenkungsreaktion aufrechterhalten wird. Unterdessen wird in dem Fall, bei dem eine externe Kraft auf den Lenkungsstrang des Lenkungssystems wirkt und somit der Gleichgewichtspunkt nicht erreicht wird, die reguläre Steuerung ausgeführt, wobei folglich die Genauigkeit der Positionssteuerung und die Reaktion aufrechterhalten werden kann. Dementsprechend verbessert das Lenkungssteuerungsgerät gemäß dem Ausführungsbeispiel insgesamt das Lenkungsgefühl.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Drehmomentsensor 31 bei der Eingabewelle 11 bereitgestellt, wobei er alternativ hierzu bei der Ausgabewelle 12 bereitgestellt sein kann, wie es in 4 gezeigt ist. Auch in diesem Fall ist es möglich, das Betriebsdrehmoment Th auf der Grundlage der Gleichung (1) zu schätzen.
In 5 ist ein Blockschaltbild gezeigt, das die Konfiguration eines Fahrzeuglenkungssteuerungsgerät gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Dieses Gerät wird als ein Lenkungssteuerungsgerät für das Lenkungssystem verwendet, das in 1 oder 4 gezeigt ist. In der Lenkungssteuerungseinheit 4 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, das in 2 gezeigt ist, ist, wie es vorstehend beschrieben ist, der Schaltabschnitt 46 zwischen dem Solllenkwinkeleinstellabschnitt 41 und dem Addierer 49 bereitgestellt, wobei er entsprechend dem Ausgabewert des Multiplizierers 47 zwischen der Betriebsart, bei der die Ausgabe des Solllenkwinkeleinstellabschnitts 41 direkt dem Addierer 49 zugeführt wird, und der Betriebsart, bei der die Ausgabe des Solllenkwinkeleinstellabschnitts 41 unter Verwendung des Ausgabewerts des Solllenkwinkeleinstellabschnitts 45 eingestellt wird, umschaltet. Unterdessen ist bei einer Lenkungssteuerungseinheit 4a gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein Schaltabschnitt 46 zwischen dem Eingabewinkelsensor 30 und dem Solllenkwinkeleinstellabschnitt 41 bereitgestellt, wobei ein Filter zur Filterung der Eingabewinkelsignale, die dem Solllenkwinkeleinstellabschnitt 41 zugeführt werden, zwischen einem ersten Filter 51 und einem zweiten Filter 52 umgeschaltet wird.
Der erste Filter 51 und der zweite Filter 52 weisen unterschiedliche Filterfrequenzen auf, wobei folglich die Phaseneigenschaft des Sollausgabewinkels, der durch den Solllenkwinkeleinstellabschnitt 41 eingestellt wird, in Abhängigkeit davon unterschiedlich ist, welcher des ersten Filters 51 oder des zweiten Filters 52 verwendet wird. Die Verwendung derart unterschiedlicher Phaseneigenschaften macht es insbesondere möglich, eine Resonanz, die durch eine Phasendifferenz zwischen dem Sollausgabewinkel, der dem Addierer 49 zugeführt wird, und dem gemessenen Ausgabewinkel verursacht wird, wenn eine Vibration auftritt, zu unterdrücken. Die Phaseneigenschaft des Sollausgabewinkels, die mit dem zweiten Filter 52 erhalten wird, kann unterschiedlich zu der gemacht werden, die mit dem ersten Filter 51 erhalten wird, indem die Filterfrequenz des zweiten Filters 52 höher oder niedriger eingestellt wird als die Filterfrequenz des ersten Filters 51.
In 6 ist ein Graph gezeigt, der einen Vergleich zwischen dem Ergebnis der Lenkungssteuerung gemäß dem Ausführungsbeispiel und dem Ergebnis der Lenkungssteuerung, bei dem keine Vibrationsverringerungssteuerung ausgeführt wird, zeigt, wenn der Fahrer seine oder ihre Hand von dem Lenkrad 10 nimmt, um es dem Lenkrad 10 zu ermöglichen, sich zu der neutralen Position zurückzudrehen, nachdem das Lenkrad 10 zu dem maximalen Lenkwinkel gedreht worden ist. In dem Graphen zeigt θpm3 Änderungen bezüglich der Zeit in dem Sollausgabewinkel und θp3 zeigt Änderungen bezüglich der Zeit in dem tatsächlichen Ausgabewinkel während der Lenkungssteuerung ohne Vibrationsverringerungssteuerung. Demgegenüber zeigt θpm4 Änderungen bezüglich der Zeit in dem Sollausgabewinkel und θp4 zeigt Änderungen bezüglich der Zeit in dem tatsächlichen Ausgabewinkel während der Lenkungssteuerung gemäß dem Ausführungsbeispiel.
Bei der Lenkungssteuerung ohne Vibrationsverringerungssteuerung kann, wenn eine Vibration auftritt, die Vibration nicht verringert werden, da die Phasenbeziehung zwischen dem Sollausgabewinkel und dem tatsächlichen Ausgabewinkel eine Resonanz fördert, wobei als Ergebnis die Vibration für eine lange Zeit andauert. Um eine derartige Resonanz zu verhindern wird während der Lenkungssteuerung gemäß dem Ausführungsbeispiel die Phaseneigenschaft des Sollausgabewinkels selektiv eingestellt. Folglich wird, wenn eine Vibration auftritt, die Vibration auf effektive Weise und unmittelbar gedämpft. Ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel wird in dem Fall, bei dem eine externe Kraft auf den Lenkungsstrang des Lenkungssystems wirkt und somit der Gleichgewichtspunkt nicht erreicht wird, d. h. eine der Bedingungen zur Ausführung der Vibrationsverringerungssteuerung nicht erfüllt ist, die reguläre Steuerung ausgeführt, wobei folglich die Genauigkeit der Positionssteuerung und die Reaktion bzw. Antwort nicht verschlechtert werden. Dementsprechend verbessert das Lenkungssteuerungsgerät gemäß dem Ausführungsbeispiel insgesamt das Lenkungsgefühl.
In 7 ist eine Darstellung gezeigt, die schematisch den Aufbau des Lenkungssystems zeigt, das ein Lenkungssteuerungsgerät gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung beinhaltet, und in 8 ist ein Blockschaltbild gezeigt, das den Aufbau des Lenkungssteuerungsgeräts zeigt. Das Lenkungssystem gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, wie es in 7 gezeigt ist, unterscheidet sich von denjenigen, die in den 1 und 4 gezeigt sind, darin, dass der Drehmomentsensor 31 entfernt ist und ein Motorstromsensor 24, der einen Strom erfasst, der dem Motor 21 zugeführt wird, bereitgestellt ist.
Wie es in 8 gezeigt ist, weist eine Lenkungssteuerungseinheit 4b im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Lenkungssteuerungseinheit 4 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auf. In dem Lenkungssystem, das in 2 gezeigt ist, wie es vorstehend beschrieben ist, erfasst der Drehmomentsensor 31 das Eingangsdrehmoment T, das an den Lenkungsstrang des Lenkungssystems durch externe Kräfte angelegt wird, wobei die Ausgabe von dem Drehmomentsensor 31 direkt dem Betriebsdrehmomentschätzabschnitt 42 und dem Gleichgewichtserfassungsabschnitt 44 zugeführt wird. Im Gegensatz dazu ist in dem Lenkungssystem gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, das in 8 gezeigt ist, ein Drehkraftschätzabschnitt 25 bereitgestellt, der einen Stromwert Ir empfängt, der von dem Motorstromsensor 24 ausgegeben wird, und das Eingabedrehmoment T auf der Grundlage hiervon schätzt.
In dem Lenkungssystem gemäß 7 empfängt das Lenkrad 10 nicht das Drehmoment, das durch den Motor 21 erzeugt wird. Folglich wird die Drehkraft bzw. Torsionskraft, die auf die Eingabewelle 11 wirkt, unter Verwendung einer Gleichung (2) geschätzt, die das Trägheitsmoment Im des Motors 21 und des Getriebemechanismus 20 und den Flüssigkeitsreibungskoeffizienten Cm berücksichtigt.
Km bezeichnet die Drehmomentkonstante des Motors 21 und Gm bezeichnet das Übertragungsverhältnis des Steuerungsmechanismus mit variablem Lenkungsverhältnis. Das Betriebsdrehmoment, das durch die Ansteuerungseinrichtung angelegt wird, kann durch Zuordnung des Ergebnisses der Gleichung (2) zu der Gleichung (1) geschätzt werden.
Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel können ähnliche Wirkungen und Vorteile zu denjenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erreicht werden. Das Lenkungssteuerungsgerät gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel kann beispielsweise in vorteilhafter Weise in einer hydraulischen Servolenkungsvorrichtung eingesetzt werden. Demgegenüber kann das Lenkungssteuerungsgerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in vorteilhafter Weise bei einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung eingesetzt werden.
Der Steuerungsmechanismus mit variablem Lenkungsverhältnis ist nicht auf diejenigen begrenzt, die vorstehend beschrieben sind, sondern kann beispielsweise derart aufgebaut sein, dass die Eingabewelle direkt ein Drehmoment von dem elektrischen Motor empfängt, wie es in 9 gezeigt ist. In diesem Fall werden, da die Bewegungsgleichung für das Lenkungssystem unterschiedlich ist zu denjenigen gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, unterschiedliche Berechnungsverfahren zur Abschätzung des Betriebsdrehmoments des Fahrers und des Eingabedrehmoments verwendet. Das Grundkonzept ist jedoch das gleiche.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf das, was als zugehörige bevorzugte Ausführungsbeispiele betrachtet wird, beschrieben worden ist, ist es ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele oder Aufbauten begrenzt ist. Im Gegenteil soll die Erfindung verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken. Zusätzlich liegen, während die verschiedenen Elemente der offenbarten Erfindung in verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen gezeigt sind, die als Beispiel dienen, andere Kombinationen und Konfigurationen, die mehr Elemente, weniger Elemente oder lediglich ein einzelnes Element umfassen, ebenso innerhalb des Bereichs der beigefügten Patentansprüche.
Ein Betriebsdrehmomentschätzabschnitt (42) schätzt ein Betriebsdrehmoment Th eines Fahrers auf der Grundlage eines Eingabewinkels θh und eines Eingabedrehmoments T, das von einem Drehmomentsensor (31) ausgegeben wird. Ein Nichthalten-Zustand-Erfassungsabschnitt (43) bestimmt, ob der Fahrer ein Lenkrad hält, indem der Absolutwert des geschätzten Betriebsdrehmoments Th und ein vorbestimmter Wert ε1 verglichen werden. Ein Gleichgewichtserfassungsabschnitt (44) bestimmt, ob ein Gleichgewichtspunkt erreicht ist, indem der Absolutwert des Eingabedrehmoments T mit einem vorbestimmten Wert ε2 verglichen wird. Wenn bestimmt wird, dass der Fahrer das Lenkrad nicht hält und der Gleichgewichtspunkt erreicht ist, schaltet ein Schaltabschnitt (46) auf eine derartige Position, die einen Solllenkungseinstellabschnitt (45) veranlasst, einen Sollausgabewinkel θpm mit einer vorbestimmten Verstärkung G entsprechend dem Eingabedrehmoment T zu multiplizieren, so dass der Solllenkwinkel kleiner gemacht wird.

Claims

Fahrzeuglenkungssteuerungsgerät mit: einer Steuerungseinrichtung (4) mit variablem Lenkungsverhältnis zur Steuerung eines Lenkwinkels von gelenkten Rädern (FL, FR) durch Anlegen einer Ansteuerungskraft an eine Lenkungseingabe, und einer Betriebsdrehmomentberechnungseinrichtung (42) zur Berechnung eines Betriebsdrehmoments, das ein Fahrer an eine Lenkung (10) anlegt, gekennzeichnet durch eine Eingabedrehmomenterhalteeinrichtung zum Erhalten eines Eingabedrehmoments, das an einen Lenkungsstrang (11) eines Lenkungssystems durch externe Kräfte angelegt wird, eine Solllenkwinkeleinstelleinrichtung (41, 45, 46), um einen Solllenkwinkel der Steuerungseinrichtung mit variablem Lenkungsverhältnis kleiner einzustellen, wenn sowohl eine erste Bedingung, die erfüllt ist, wenn das Betriebsdrehmoment kleiner ist als ein erster vorbestimmter Wert, als auch eine zweite Bedingung, die erfüllt ist, wenn das Eingabedrehmoment kleiner ist als ein zweiter vorbestimmter Wert, erfüllt sind, als wenn zumindest eine der ersten und zweiten Bedingungen nicht erfüllt ist.
Fahrzeuglenkungssteuerungsgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Eingabedrehmomenterhalteeinrichtung eine Drehmomenterfassungseinrichtung (31) umfasst, die das Eingabedrehmoment erfasst.
Fahrzeuglenkungssteuerungsgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Steuerungseinrichtung mit variablem Lenkungsverhältnis einen elektrischen Motor (21), der die Ansteuerungskraft an die Lenkungseingabe anlegt, und eine Motorstromerfassungseinrichtung (24) umfasst, die einen Wert eines Stroms, der dem elektrischen Motor zugeführt wird, erfasst, und die Eingabedrehmomenterhalteeinrichtung einen Drehkraftschätzabschnitt (25) umfasst, der das Eingabedrehmoment auf der Grundlage des erfassten. Stromwerts schätzt.
Fahrzeuglenkungssteuerungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, dass die Betriebsdrehmomenterhalteeinrichtung einen Betriebsdrehmomentschätzabschnitt (42) umfasst, der das Betriebsdrehmoment auf der Grundlage des Eingabedrehmoments, einer Lenkwinkelgeschwindigkeit und einer Lenkwinkelbeschleunigung schätzt.
Fahrzeuglenkungssteuerungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass die Solllenkwinkeleinstelleinrichtung den Solllenkwinkel kleiner einstellt, wenn das Eingabedrehmoment kleiner wird.
Fahrzeuglenkungssteuerungsgerät mit: einer Steuerungseinrichtung (4a) mit variablem Lenkungsverhältnis zur Steuerung eines Lenkwinkels von gelenkten Rädern (FL, FR) durch Anlegen einer Ansteuerungskraft an eine Lenkungseingabe (10), und einer Betriebsdrehmomentberechnungseinrichtung (42) zur Berechnung eines Betriebsdrehmoments, das ein Fahrer an eine Lenkung anlegt, gekennzeichnet durch eine Eingabedrehmomenterhalteeinrichtung zum Erhalten eines Eingabedrehmoments, das an einen Lenkungsstrang (11) eines Lenkungssystems durch externe Kräfte angelegt wird, und eine Phaseneinstelleinrichtung (30, 46, 51, 52, 41), um, wenn sowohl eine erste Bedingung, die erfüllt ist, wenn das Betriebsdrehmoment kleiner ist als ein erster vorbestimmter Wert, als auch eine zweite Bedingung, die erfüllt ist, wenn das Eingabedrehmoment kleiner ist als ein zweiter vorbestimmter Wert, erfüllt sind, eine Phase eines Solllenkwinkels der Steuerungseinrichtung mit variablem Lenkungsverhältnis auf eine Phase einzustellen, die unterschiedlich ist zu einer Phase, die eingestellt wird, wenn zumindest eine der ersten und zweiten Bedingungen nicht erfüllt ist.
Fahrzeuglenkungssteuerungsgerät nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, dass die Eingabedrehmomenterhalteeinrichtung eine Drehmomenterfassungseinrichtung (31) umfasst, die das Eingabedrehmoment erfasst.
Fahrzeuglenkungssteuerungsgerät nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, dass die Steuerungseinrichtung mit variablem Lenkungsverhältnis einen elektrischen Motor (21), der die Ansteuerungskraft an die Lenkungseingabe anlegt, und eine Motorstromerfassungseinrichtung (24) umfasst, die einen Wert eines Stroms, der dem elektrischen Motor zugeführt wird, erfasst, und die Eingabedrehmomenterhalteeinrichtung einen Drehkraftschätzabschnitt (25) umfasst, der das Eingabedrehmoment auf der Grundlage des erfassten Stromwerts schätzt.
Fahrzeuglenkungssteuerungsgerät nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet dadurch, dass Betriebsdrehmomentberechnungseinrichtung einen Betriebsdrehmomentschätzabschnitt (42) umfasst, der das Betriebsdrehmoment auf der Grundlage des Eingabedrehmoments, einer Lenkwinkelgeschwindigkeit und einer Lenkwinkelbeschleunigung schätzt.
Fahrzeuglenkungssteuerungsgerät nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet dadurch, dass Phaseneinstelleinrichtung die Phase des Solllenkwinkels ändert, indem eine Filterfrequenz zur Berechnung des Solllenkwinkels geändert wird.
Fahrzeuglenkungssteuerungsgerät nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, dass die Phaseneinstelleinrichtung einen ersten Filter (51) und einen zweiten Filter (52) umfasst, die unterschiedliche Filterfrequenzen aufweisen, der erste Filter (51) verwendet wird, wenn die ersten und zweiten Bedingungen beide erfüllt sind, der zweite Filter (52) verwendet wird, wenn zumindest eine der ersten und zweiten Bedingungen nicht erfüllt ist, und die Filterfrequenz zur Berechnung des Solllenkwinkels geändert wird, indem zwischen dem ersten Filter und dem zweiten Filter umgeschaltet wird.
Lenkungssteuerungsverfahren für ein Fahrzeug, das eine Steuerungsvorrichtung mit variablem Lenkungsverhältnis, die einen Lenkwinkel von gelenkten Rädern durch Anlegen einer Ansteuerungskraft an eine Lenkungseingabe steuert, umfasst, wobei das Verfahren einen Schritt zum Berechnen eines Betriebsdrehmoments umfasst, das ein Fahrer an eine Lenkung anlegt, und gekennzeichnet ist durch Schritte: zum Erhalten eines Eingabedrehmoments, das an einen Lenkungsstrang eines Lenkungssystems durch externe Kräfte angelegt wird, und zum Einstellen eines Solllenkwinkels der Steuerungseinrichtung mit variablem Lenkungsverhältnis auf einen kleineren Wert, wenn sowohl eine erste Bedingung, die erfüllt ist, wenn das Betriebsdrehmoment kleiner ist als ein erster vorbestimmter Wert, als auch eine zweite Bedingung, die erfüllt ist, wenn das Eingabedrehmoment kleiner ist als ein zweiter vorbestimmter Wert, erfüllt sind, als wenn zumindest eine der ersten und zweiten Bedingungen nicht erfüllt ist.
Lenkungssteuerungsverfahren für das Fahrzeug nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, dass das Betriebsdrehmoment auf der Grundlage des Eingabedrehmoments, einer Lenkwinkelgeschwindigkeit und einer Lenkwinkelbeschleunigung geschätzt wird.
Lenkungssteuerungsverfahren für ein Fahrzeug, das eine Steuerungseinrichtung mit variablem Lenkungsverhältnis, die einen Lenkwinkel von gelenkten Rädern durch Anlegen einer Ansteuerungskraft an eine Lenkungseingabe steuert, umfasst, wobei das Verfahren einen Schritt zur Berechnung eines Betriebsdrehmoments, das ein Fahrer an eine Lenkung anlegt, umfasst, und gekennzeichnet ist durch Schritte: zum Erhalten eines Eingabedrehmoments, das an einen Lenkungsstrang eines Lenkungssystems durch externe Kräfte angelegt wird, und zum Einstellen einer Phase eines Solllenkwinkels der Steuerungseinrichtung mit variablem Lenkungsverhältnis auf eine Phase, die, wenn sowohl eine erste Bedingung, die erfüllt ist, wenn das Betriebsdrehmoment kleiner ist als ein erster vorbestimmter Wert, als auch eine zweite Bedingung, die erfüllt ist, wenn das Eingabedrehmoment kleiner ist als ein zweiter vorbestimmter Wert, erfüllt sind, unterschiedlich ist zu einer Phase, die eingestellt wird, wenn zumindest eine der ersten und zweiten Bedingungen nicht erfüllt ist.
Lenkungssteuerungsverfahren für das Fahrzeug nach Anspruch 14, gekennzeichnet dadurch, dass das Betriebsdrehmoment auf der Grundlage des Eingabedrehmoments, einer Lenkwinkelgeschwindigkeit und einer Lenkwinkelbeschleunigung geschätzt wird.
Lenkungssteuerungsverfahren, für das Fahrzeug nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet dadurch, dass, wenn die ersten und zweiten Bedingungen beide erfüllt sind, die Phase des Solllenkwinkels auf die unterschiedliche Phase eingestellt wird, indem eine Filterfrequenz zur Berechnung des Solllenkwinkels geändert wird.
Lenkungssteuerungsverfahren für das Fahrzeug nach Anspruch 16, gekennzeichnet dadurch, dass, wenn die ersten und zweiten Bedingungen beide erfüllt sind, die Phase des Solllenkwinkels auf die unterschiedliche Phase eingestellt wird, indem zwischen einem ersten Filter (21) und einem zweiten Filter (52) umgeschaltet wird, die unterschiedliche Filterfrequenzen aufweisen.