DE102007004369B4

DE102007004369B4 - Fahrzeuglenksystem

Info

Publication number: DE102007004369B4
Application number: DE102007004369A
Authority: DE
Inventors: Kenichiro Kariya Hidaka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2010-11-25
Anticipated expiration: 2027-01-30
Also published as: CN101016059A; DE102007004369A1; JP2007210465A; US20070193818A1; FR2897825B1; JP4793008B2; FR2897825A1; CN101016059B; US7584819B2

Abstract

Fahrzeuglenksystem zum Lenken von Fahrzeugrädern, mit:
einem Lenkrad (10);
einer Lenkenergie-Unterstützungseinheit (60), um eine unterstützende Energie zu liefern, wenn das Lenkrad gelenkt wird;
einem Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus (30), der einen Übertragungsverhältnis-Änderungsmechanismus (32) und einen Antriebsmotor (31) zum Antreiben des Übertragungsverhältnis-Änderungsmechanismus (32) enthält, um ein Verhältnis eines Lenkwinkels des Lenkrades (10) zu einem gelenkten Winkel der Fahrzeugräder (FW1, FW2) gemäß einem Fahrzeugzustand zu steuern oder zu regeln;
einem Lenkdrehmomentsensor (42);
einer Motorsteuerschaltung (70) zum Steuern des Antriebsmotors (31), um das Lenkdrehmoment aufzuheben, welches an das Lenkrad (10) bis zum Betriebsstart des Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus (30) übertragen wird, wenn der Lenkdrehmomentsensor (42) ein solches Lenkdrehmoment detektiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeuglenksystem, welches einen Lenkenergie-Unterstützungsmechanismus und einen Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus enthält.
Es gibt ein Fahrzeuglenksystem, welches einen Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus enthält, um das Übertragungsverhältnis des Lenkwinkels des Lenkrades auf den Lenkwinkel der gelenkten Räder zu übertragen (das heißt der Fronträder) zusammen mit einem Lenkkraft-Unterstützungsmechanismus, um dem Fahrer eine unterstützende Lenkenergie zu bieten. Der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus ist gewöhnlich mit einem Getriebemechanismus und einem Getriebeantriebsmotor ausgestattet.
Jedoch wenn das Lenkrad eines Fahrzeugs, welches mit dem oben genannten Lenksystem ausgestattet ist, bei einer hohen Lenkgeschwindigkeit gelenkt wird, wenn das Fahrzeug mit niedriger Geschwindigkeit fährt, können sich die Fronträder des Fahrzeugs, die gelenkt werden, mit einer solch hohen Geschwindigkeit einschlagen, dass der Lenkenergie-Unterstützungsmechanismus der Geschwindigkeit nicht folgen kann. Als ein Ergebnis muss der Fahrer sehr viel mehr Energie aufbringen als die erwartete Lenkenergie, um die gelenkten Räder zu lenken.
Um dieses Problem zu lösen wird in der JP-A-2000-344120 ein hydraulisches Leistungslenksystem vorgeschlagen, bei dem der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus das Übertragungsverhältnis erhöht, wenn die Lenkgeschwindigkeit höher wird als eine voreingestellte Geschwindigkeit. Jedoch unterstützt dieses hydraulische Lenksystem einen Fahrer nicht sehr ausgeprägt, um das Fahrzeug zu lenken, wenn das Fahr zeug mit einer niedrigen Geschwindigkeit fährt; und es muss dann der Fahrer das Lenkrad stärker einschlagen als er dies wünscht.
Aus der DE 101 52 504 A1 ist eine elektrische Kraftfahrzeugservolenkung zum Lenken von Fahrzeugrädern mit einem Lenkrad und einem Überlagerungsgetriebe bekannt, an welchem ein Überlagerungsantrieb angeordnet ist. Am Ausgang des Überlagerungsgetriebes ist ein Drehstab angeordnet, der als Drehmomentsensor arbeitet. Eine Steuerung wirkt in Abhängigkeit von Sensorsignalen auf den Antriebsmotor des Überlagerungsgetriebes ein. Darüber hinaus wird ein weiterer Antriebsmotor eines Servoantriebes angesteuert. Die Steuerung ist so programmiert, dass die Lenkung mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen betrieben werden kann.
Ein Fahrzeuglenksystem gemäß DE 102 24 758 A1 besteht aus einem Lenkmechanismus zum Lenken von lenkbaren Fahrzeugrädern als Antwort auf eine Drehung eines Lenkrades um einen bestimmten Betrag und einem Vorspannbetrag, der durch einen Hilfslenkmechanismus zum Kompensieren der Drehung des Lenkrades um einen bestimmten Betrag, durch Aufbringen eines Antriebsdrehmomentes darauf, geliefert wird.
DE 103 37 954 A1 offenbart ein hilfskraftunterstütztes Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Überlagerungsgetriebe, über das dem vom Fahrer mit dem Lenkrad vorgegebenen Lenkwinkel ein gleichgerichteter oder ein entgegen gerichteter Lenkwinkel überlagert wird. Dies erfolgt mittels eines auf das Überlagerungsgetriebe einwirkenden Elektromotors, der von einer elektronischen Steuereinheit angesteuert wird.
Aus der DE 10 2004 061 832 A1 ist ein Fahrzeuglenksystem bekannt, bei welchem einem vom Fahrer vorgegebenen und mechanisch zu den lenkbaren Rädern übertragenen Lenkwinkel mittels eines Elektromotors ein gleichgerichteter oder ein entgegen gerichteter Lenkwinkel hinzugefügt wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Fahrzeuglenksystem zu schaffen, welches nicht mehr mit den oben erläuterten Problemen behaftet.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch erfindungsgemäße Fahrzeuglenksysteme mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Es sei darauf hingewiesen, dass eine abrupte Erhöhung des Lenkdrehmoments, welches für den Fahrer erforderlich ist, um dieses auf das Lenkrad aufzubringen, erstens durch das langsame Ansprechverhalten des Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus verursacht wird und zweitens durch das langsame Ansprechverhalten des Lenkenergie-Unterstützungsmechanismus, wie in 4 gezeigt ist. Das langsame Ansprechen des Lenkenergie-Unterstützungsmechanismus wird durch eine hohe Lenkgeschwindigkeit bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit verursacht und auch das niedrige Ansprechen des Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus.
Wenn das Lenkdrehmoment, welches durch den Fahrer auf das Lenkrad aufgebracht wird, auf die Welle des Getriebe-Antriebsmotors aufgebracht wird, wie dies in 5A gezeigt ist, kann der Getriebe-Antriebsmotor leer laufen wenn der Fahrer beginnt das Lenkrad zu lenken und zwar zum Zeitpunkt ts, bis dann der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus mit seinem Betrieb zum Zeitpunkt te beginnt. Als ein Ergebnis kann der Ausgangswinkel (ACT Winkel) der Ausgangswelle des Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus nicht frühzeitig auf den Lenkwinkel ansprechen, wie dies durch eine gestrichelte Linie in 5B gezeigt ist.
Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung enthält das Fahrzeuglenksystem eine Lenkenergie-Unterstützungseinheit, um eine unterstützende Energie zu liefern, wenn das Lenkrad gelenkt wird, einen Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus zum Steuern des Verhältnisses eines Lenkwinkels des Lenkrades zu einem Lenkwinkel oder Einschlagwinkel der Fahrzeugräder gemäß einem Fahrzeugzustand, einen Lenk drehmomentsensor, eine Motorsteuerschaltung zum Steuern des Antriebsmotors, um das Lenkdrehmoment aufzuheben oder zu löschen, welches auf das Lenkrad aufgebracht wird, wenn der Lenkdrehmomentsensor ein Lenkdrehmoment detektiert, welches auf das Lenkrad aufgebracht wird, bis der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus mit seinem Betrieb beginnt.
Der Drehmomentsensor kann das Drehmoment detektieren, welches auf das Lenkrad aufgebracht wird, wenn das Lenkrad von einer vorgeschriebenen Winkelposition aus eingeschlagen wird oder wenn das Lenkrad mit der Lenkgeschwindigkeit von Null gehalten wird. In bevorzugter Weise berechnet die Motorsteuerschaltung einen Sollwinkel für den Antriebsmotor, um sich um diesen zu drehen, und der Drehmomentsensor detektiert das Drehmoment, welches auf das Lenkrad aufgebracht wird bevor der Sollwinkel an den Antriebsmotor übergeben wird.
Die Motorsteuerschaltung kann kontinuierlich ein Drehmoment liefern, um das Lenkdrehmoment aufzuheben nachdem der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus gestartet hat. In diesem Fall wird die Richtung des Drehmoments, um das Lenkdrehmoment aufzuheben oder zu löschen, geändert, wenn sich die Richtung des Lenkdrehmoments ändert.
Andere Ziele und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung als auch Funktionen von damit in Beziehung stehenden Teilen der vorliegenden Erfindung ergeben sich klarer anhand eines Studiums der folgenden detaillierten Beschreibung, der anhängenden Ansprüche und der Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Fahrzeuglenksystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 ein Blockschaltbild, welches einen Hauptabschnitt des Fahrzeuglenksystem gemäß der bevorzugten Ausführungsform wiedergibt;
3 ein Blockschaltbild, welches einen Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus darstellt;
4 ein Wurzelursprung-Analysediagramm;
5A einen Graphen, der eine Lenkdrehmomentcharakteristik wiedergibt;
5B einen Graphen, der eine Ausgangswinkelcharakteristik des Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus darstellt; und
6 ein Flussdiagramm einer Steueroperation des Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus.
Es werden nun bevorzugte Ausführungsformen entsprechend der vorliegenden Erfindung unter Hinweis auf die 1 bis 6 im Folgenden beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält das Fahrzeuglenksystem gemäß der bevorzugten Ausführungsform ein Lenkrad 10, einen Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus 30, ein Zahnstangen-und-Ritzel-Getriebemechanismus 50, einen elektrischen Energie-Lenkmechanismus (EPS) 60, eine Lenksteuereinheit 70, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 71, und so weiter.
Der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus 30 umfasst eine Eingangswelle 20, die mit dem Lenkrad 10 verbunden ist, und eine Ausgangswelle 40. Die Ausgangswelle 40 ist mit einer Zahnstangenwelle 51 verbunden und zwar über den Zahnstangen-und-Ritzel-Getriebemehanismus 50. Die Zahnstangenwelle 51 ist an ihren sich gegenüberliegenden Enden mit gelenkten Fronträdern FW1, FW2 verbunden. Der EPS 60 ist koaxial zu der Zahnstangenwelle 51 angeordnet. Der EPS 60 enthält einen Motor (nicht gezeigt), der eine Energie zur Unterstützung der Lenkoperation des Lenkrades 10 liefert.
Wie in 2 gezeigt ist, enthält der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus 30 einen Getriebemechanismus, der die Eingangswelle 20 und die Ausgangswelle 40 verbindet, und einen Motor 31, welcher diesen Getriebemechanismus antreibt, um das Übertragungsverhältnis des Lenkwinkels des Lenkrades auf den Lenkwinkel der Fronträder FW1, FW2 zu ändern.
Die Eingangswelle 20 ist mit einem Lenkwinkelsensor 21 ausgestattet, und die Ausgangswelle 40 ist mit einem Ausgangswinkel-Sensor 41 ausgestattet (im Folgenden als ACT Winkel bezeichnet), und ist auch mit einem Lenkdrehmomentsensor 42 ausgerüstet. Der ACT Winkel entspricht dem Lenkwinkel oder Einschlagwinkel der Fronträder FW1, FW2.
Die Lenksteuereinheit 70 liefert an den Motor 31 des Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus 30 ein Motorsteuersignal basierend auf den Sensorsignalen des Lenkwinkelsensors 21, des ACT Winkelsensors 41, des Lenkdrehmomentsensors 42 und des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 71.
Die Lenksteuereinheit 70 enthält einen Sollwinkel-Berechnungsabschnitt 70a, einen Rückkopplungs-Steuerabschnitt 70b und einen Drehmoment-Tastverhältnis-Berechnungsabschnitt 70c.
Wie in 3 gezeigt ist, berechnet der Sollwinkel-Berechnungsabschnitt 70a einen Sollwinkel, der durch den Motor 31 erreicht werden soll, entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit und entsprechend einem Plan. Beispielsweise wird ein geeignetes Übertragungsverhältnis für eine Fahrzeuggeschwindigkeit aus dem Plan gelesen. Dann wird der Sollwinkel anhand der Lenkgeschwindigkeit und anhand des Produktes aus dem Übertragungsverhältnis und dem Lenkwinkel berechnet. Der Rückkopplungs-Steuerabschnitt oder Regelabschnitt 70b liefert ein Rückkopplungs-Steuersignal bzw. ein Regelsignal eines Winkel-Rückkopplungs-Tastverhältnisses, um eine Differenz zwischen dem mit Hilfe des Sollwinkel-Berechnungsabschnitts 70a erhaltenen Sollwinkels und dem ACT Winkel von Null zu bilden. Der Drehmoment-Tastverhältnis-Berechnungsabschnitt 70c berechnet ein Drehmoment-Tastverhältnis (duty ratio) des Signals, welches ein Leerlaufen des Motors 31 verhindert bis der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus 30 seinen Betrieb startet.
Der Drehmoment-Tastverhältnis-Berechnungsabschnitt 70c detektiert das Lenkdrehmoment, welches an das Lenkrad 10 mit der Lenkgeschwindigkeit von Null ange legt wird, um ein Drehmoment-Tastverhältnis zu berechnen, welches ein Drehmoment liefert, um den Leerlauf des Motors 31 zu steuern oder zu regeln. Jedoch kann der Drehmoment-Tastverhältnis-Berechnungsabschnitt 70c das Lenkdrehmoment detektieren, wenn der Lenkwinkel zu einem voreingestellten Winkel wird oder bis der Sollwinkel des Motors 31 vorgesehen wird.
Der Drehmoment-Tastverhältnis-Berechnungsabschnitt 70c setzt die Steuerung oder Regelung des Motors 31 fort, um das Steuerdrehmoment zu generieren nachdem der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus 30 seinen Betrieb gestartet hat.
Der Betrieb des Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus 30 wird unter Hinweis auf ein Flussdiagramm, welches in 6 gezeigt ist, beschrieben.
Wenn ein Zündschalter eines Fahrzeugs eingeschaltet wird, wird ein Lenkwinkel, der durch den Lenkwinkelsensor 21 detektiert wurde, ein ACT Winkel, der durch den ACT Winkelsensor 41 detektiert wurde, das Lenkdrehmoment, welches durch den Lenkdrehmomentsensor 42 detektiert wurde und wird die Fahrzeuggeschwindigkeit, die mit Hilfe des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 71 detektiert wurde, bei dem Schritt S101 gelesen. Es wird dann bei dem Schritt S102 überprüft, ob die Lenkgeschwindigkeit Null ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Prüfung JA lautet, folgt der Schritt S103. Ansonsten folgt der Schritt S105.
Bei dem Schritt S103 wird überprüft, ob das Lenkdrehmoment erscheint oder nicht. Wenn das Ergebnis der Überprüfung JA lautet, folgt der Schritt S104, um das Drehmoment-Tastverhältnis zu berechnen.
Im anderen Fall folgt der Schritt S105, um den Sollwinkel des Motors 31 zu berechnen. Es wird dann bei dem Schritt S106 das Rückkopplungs-Tastverhältnis berechnet. Nachfolgend wird das Motorsteuersignal des endgültigen Tastverhältnisses bei dem Schritt S107 berechnet und wird bei dem Schritt S108 an den Motor 31 ausgegeben. Danach wird geprüft, ob der Zündschalter ausgeschaltet wurde oder nicht. Wenn das Ergebnis bei dem Schritt S109 NEIN lautet, kehrt die Operation zu dem Schritt S101 zurück, um die oben erläuterten Schritte erneut auszuführen, bis das Ergebnis bei dem Schritt S109 zu JA wird.
Somit berechnet der Drehmoment-Tastverhältnis-Berechnungsabschnitt 70c ein Signal des Drehmoment-Tastverhältnisses (torque duty ratio), um das Lenkdrehmoment aufzuheben, bis der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus 30 seinen Betrieb startet. Dann wird das Motorsteuersignal oder Motorregelsignal eines endgültigen Tastverhältnisses aus dem Rückkopplungs-Tastverhältnis und dem Drehmoment-Tastverhältnis gebildet, um den Motor 31 anzutreiben, wie dies auch in 3 gezeigt ist, so dass der Motor daran gehindert wird leer zu laufen und zwar aufgrund des Lenkdrehmoments, welches aufgebracht wird, bevor der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus 30 seinen Betrieb startet. Als ein Ergebnis wird das Ansprechverhalten des Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus 30 verbessert, wie auch mit einer ausgezogenen Linie in 5B gezeigt ist.
Wenn sich die Richtung des Lenkdrehmoments von einer Richtung zu einer anderen hin ändert, kann sich die Richtung des Steuerdrehmoments ändern.
Wenn sowohl das Lenkdrehmoment als auch die Lenkgeschwindigkeit zu Null werden, kann das Drehmoment-Tastverhältnis so gebildet werden, dass es allmählich zu Null wird, welches dann an den Motor 31 angelegt wird.
Bei der vorangegangenen Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist die Erfindung unter Hinweis auf spezifische Ausführungsformen derselben offenbart. Es ist jedoch offensichtlich, dass vielfältige Abwandlungen und Änderungen an den spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne dabei den Rahmen der Erfindung, wie er sich aus den anhängenden Ansprüchen ergibt, zu verlassen.

Claims

Fahrzeuglenksystem zum Lenken von Fahrzeugrädern, mit: einem Lenkrad (10); einer Lenkenergie-Unterstützungseinheit (60), um eine unterstützende Energie zu liefern, wenn das Lenkrad gelenkt wird; einem Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus (30), der einen Übertragungsverhältnis-Änderungsmechanismus (32) und einen Antriebsmotor (31) zum Antreiben des Übertragungsverhältnis-Änderungsmechanismus (32) enthält, um ein Verhältnis eines Lenkwinkels des Lenkrades (10) zu einem gelenkten Winkel der Fahrzeugräder (FW1, FW2) gemäß einem Fahrzeugzustand zu steuern oder zu regeln; einem Lenkdrehmomentsensor (42); einer Motorsteuerschaltung (70) zum Steuern des Antriebsmotors (31), um das Lenkdrehmoment aufzuheben, welches an das Lenkrad (10) bis zum Betriebsstart des Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus (30) übertragen wird, wenn der Lenkdrehmomentsensor (42) ein solches Lenkdrehmoment detektiert.
Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkdrehmomentsensor (42) das Lenkdrehmoment detektiert, welches an das Lenkrad (10) übertragen wird, wenn das Lenkrad (10) von einer vorgeschriebenen Winkelposition her gedreht wird.
Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Lenkgeschwindigkeit Null ist, der Lenkdrehmomentsensor (42) das Lenkdrehmoment detektiert, welches an das Lenkrad (10) übertragen wird, wenn das Lenkrad (10) gedreht ist.
Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: die Motorsteuerschaltung (70) einen Sollwinkel für den Antriebsmotor (31) berechnet, um den sich dieser drehen soll; und der Lenkdrehmomentsensor (42) das Lenkdrehmoment detektiert, welches an das Lenkrad (10) übertragen wird, bevor der Sollwinkel an den Antriebsmotor (31) übermittelt wird.
Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerschaltung (70) eine kontinuierliche Drehmomentlieferung bewirkt, um das vom Lenkdrehmomentsensor (42) detektierte Lenkdrehmoment aufzuheben nachdem der Übertragungsverhältnis-Steuermechanismus (30) seinen Betrieb gestartet hat.
Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung des von der Motorsteuerschaltung (70) gelieferten Drehmoments zum Aufheben oder Beseitigen des vom Lenkdrehmomentsensor (42) detektierten Lenkdrehmoments änderbar ist, wenn sich die Richtung des Lenkdrehmoments ändert.
Fahrzeuglenksystem zum Lenken eines Lenkrades (10) eines Fahrzeugs, um dadurch ein Fahrzeugrad (FW1, FW2) zu lenken, welches System folgendes aufweist: eine Lenkenergie-Unterstützungseinrichtung (60), um eine unterstützende Lenkenergie zu liefern, wenn das Lenkrad (10) gelenkt wird; einen Übertragungsverhältnis-Änderungsmechanismus (32) zum Ändern eines Verhältnisses eines Lenkwinkels des Lenkrades (10) zu einem Lenkwinkel oder Einschlagwinkel des Fahrzeugrades (FW1, FW2) entsprechend einem Fahrzeugzustand; einen Lenkdrehmomentsensor (42) zum Detektieren eines Lenkdrehmoments, welches auf das Lenkrad (10) übertragen wird; eine Motorsteuerschaltung (70) zum Steuern des Übertragungsverhältnis-Änderungsmechanismus (32) bis zum Betriebsstart des Übertragungsverhältnis-Änderungsmechanismus (32) um das Lenkdrehmoment aufzuheben oder zu beseitigen, welches auf das Lenkrad (10) übertragen wird, wenn das Lenkdrehmoment detektiert wird.