DE10348792B3

DE10348792B3 - Elektrische Servolenksteuervorrichtung

Info

Publication number: DE10348792B3
Application number: DE10348792A
Authority: DE
Inventors: Hideyuki Tanaka; Masahiko Kurishige; Noriyuki Inoue; Kazumichi Tsutsumi; Shigeki Ohtagaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2003-10-21
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2023-10-22
Also published as: US20050067214A1; US6863150B1

Abstract

Ein Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor hat ein Tiefpassfilterelement, dessen Zeitkonstante in Übereinstimmung mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die durch einen Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor erfasst wird, und einer Motorrotationsgeschwindigkeit, die durch einen Motorrotationsgeschwindigkeitsdetektor erfasst wird, bestimmt wird. Es wird ein Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment-Schätzwert auf eine derartige Art und Weise erhalten, dass der Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor eine Tiefpassfilterverarbeitung in einem Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal durchführt, das durch ein Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal-Ausgabemittel ausgegeben wird. Als ein Ergebnis wird eine Genauigkeit einer Schätzung eines Straßenoberflächenreaktionsdrehmoments verbessert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Servolenksteuervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

2. Beschreibung des Stand der Technik

Unter konventionellen elektrischen Servolenksteuervorrichtungen wird eine in JP 2001-239951 A offengelegt, in der eine oder mehrere Stufen von Tiefpassfiltern erster Ordnung gebildet werden, um ein Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment zu schätzen, und die Zeitkonstanten der Tiefpassfilter in Übereinstimmung mit der Lenkgeschwindigkeit angeordnet sind. JP 2001-122146 A legt eine elektrische Servolenksteuervorrichtung offen, in der die Zeitkonstante eines Tiefpassfilters in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit angeordnet ist.

Aus EP 1 129 926 B1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer elektrischen Servolenkung bekannt mit einem Elektromotor, der ein Drehmoment zur Unterstützung eines Lenkmoments erzeugt, dass durch eine Lenkradmanipulation erzeugt wird, eine Lenkmomenten-Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Lenkmoments, eine Motorstrom-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Stroms, der im Motor fließt, eine Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Erfassungseinrichtung zum Erhalten eines Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Erfassungswertes durch Führen eines Werts, der wenigstens durch Addieren des durch die Lenkmomenten-Erfassungseinrichtung erfassten Lenkmoments und eines aus dem Motorstrom in Bezug auf eine Effektivität zu einer Lenkwelle berechnetes Motordrehmoment erhalten wird, über eine Filtereinrichtung, die durch mehrere Stufen von primären Tiefpassfiltern gebildet ist, die in Reihe geschaltet sind.

Die konventionelle Technik zum Anordnen der Zeitkonstanten der Tiefpassfilter in Übereinstimmung mit nur der Lenkgeschwindigkeit hat jedoch ein Problem dabei, dass die Genauig keit einer Schätzung vom Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment abgesenkt wird, während sich die Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht. Die Technik zum Anordnen der Zeitkonstanten des Tiefpassfilters in Übereinstimmung mit nur der Fahrzeuggeschwindigkeit hat ein Problem dabei, dass die Genauigkeit einer Schätzung vom Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment abgesenkt wird, während sich die Lenkgeschwindigkeit erhöht. Es wurde keine Technikvorgeschlagen, die die Zeitkonstante eines Tiefpassfilters in Übereinstimmung mit sowohl der Fahrzeuggeschwindigkeit als auch der Lenkgeschwindigkeit oder der Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Motoreinrichtung bestimmt, die ein Unterstützungsdrehmoment generiert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde unternommen, um die obigen Probleme zu lösen, und es ist deshalb ein Ziel der Erfindung, eine elektrische Servolenksteuervorrichtung vorzusehen, die fähig ist, die Genauigkeit einer Schätzung vom Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment durch Bestimmen der Zeitkonstanten eines Tiefpassfilters unter Verwendung sowohl der Fahrzeuggeschwindigkeit als auch der Rotationsgeschwindigkeit einer elektrischen Motoreinrichtung, die ein Unterstützungsdrehmoment generiert, zu erhöhen.

Die Erfindung sieht eine elektrische Servolenksteuervorrichtung mit einer elektrischen Motoreinrichtung vor, die ein Unterstützungsdrehmoment zum Unterstützen eines Lenkdrehmoments eines Fahrers auf eine Lenkwelle anwendet, die mit einer Achse eines Fahrzeugs gekoppelt ist. Die elektrische Servolenksteuervorrichtung inkludiert Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel, Motorgeschwindigkeitserfassungsmittel, Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignalausgabemittel und Straßenoberflächenreaktionsdrehmomenterfassungsmittel. Das Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel erfasst eine Fahrzeuggeschwin digkeit. Das Motorgeschwindigkeitserfassungsmittel erfasst eine Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Motoreinrichtung. Das Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignalausgabemittel gibt ein Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal aus, das einem Lenkwellenreaktionsdrehmoment entspricht, das an der Lenkwelle wirkt. Das Straßenoberflächenreaktionsdrehmomenterfassungsmittel generiert einen Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment-Schätzwert, der für eine Steuerung in dem Unterstützungsdrehmoment durch Filtern des Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignals durch eine Tiefpassfilteroperation zu verwenden ist. Und eine Zeitkonstante der Tiefpassfilteroperation wird in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit, die durch das Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel erfasst wird, und der Motorrotationsgeschwindigkeit, die durch das Motorgeschwindigkeitserfassungsmittel erfasst wird, bestimmt.

In der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der Erfindung kann das Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment geschätzt werden, selbst wenn die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Motoreinrichtung, die ein Unterstützungsdrehmoment erzeugt, variiert oder die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert, und es kann eine elektrische Servolenksteuerung realisiert werden, die auf eine derartige Variation reagiert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt die Konfiguration einer elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt das Prinzip einer Kalkulation zum Schätzen eines Straßenoberflächenreaktionsdrehmoments in der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
3 ist ein Charakteristikdiagramm, das ein Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment und ein Reibungsdrehmoment in der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
4 ist ein Blockdiagramm der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
5 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektors der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
6 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses, der durch den Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird;
7 ist ein Charakteristikdiagramm, das eine Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Verhältnis (Ausrichtungsdrehmoment)/(Lenkwinkel) in der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
8 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Motorgeschwindigkeitskalkulationssektion der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
9 ist ein Blockdiagramm einer elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
10 ist ein Blockdiagramm eines Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektors der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
11 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses, der durch den Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird;
12 ist ein Charakteristikdiagramm, das eine Beziehung zwischen dem Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment und dem Lenkwinkel in einer elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
13 ist ein Blockdiagramm eines Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektors der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung;
14 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses, der durch den Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird;
15 ist ein Flussdiagramm eines anderen Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektors der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung;
16 ist ein Blockdiagramm eines Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektors einer elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
17 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses, der durch den Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor der elektri schen Servolenksteuervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird;
18 ist ein Blockdiagramm eines Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektors einer elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
19A ist ein Blockdiagramm eines Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektors einer elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
19B ist ein Charakteristikdiagramm, das eine Beziehung zwischen der Lenkgeschwindigkeit und der Fahrzeuggeschwindigkeit in der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
20 zeigt die Konfiguration einer elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
21 zeigt die Konfiguration einer elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsform 1
1 ist ein schematisches Diagramm, das eine elektrische Servolenksteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
In 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 ein Lenkrad eines Automobils, das durch einen Fahrer gehandhabt wird. Das Lenkrad 1 ist mit einer Lenkwelle 1A gekoppelt. Bezugszeichen 2 bezeichnet Reifen, die an beiden Enden einer Achse 2A des Automobils befestigt sind. Die Lenkwelle 1A ist mit der Achse 2A gekoppelt, um sie zu lenken. Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Drehmomentsensor, der in einem Lenkdrehmomentübertragungsmechanismus von dem Lenkrad 1 zu den Reifen 2 vorgesehen ist, befestigt z.B. an der Lenkwelle 1A. Der Drehmomentsensor 3 erfasst ein Lenkdrehmoment, das durch eine Lenkmanipulation des Fahrers generiert wird. Bezugszeichen 4 bezeichnet einen EPS- (electric power steering, elektrische Servolenkung) Motor, der in dem Lenkdrehmomentübertragungsmechanismus von dem Lenkrad 1 zu den Reifen 2 vorgesehen ist, befestigt z.B. an der Lenkwelle 1A, um ein Unterstützungsdrehmoment an sie anzulegen. Der EPS-Motor 4 generiert ein Unterstützungsdrehmoment zum Unterstützen des Lenkdrehmoments des Fahrers. Bezugszeichen 5 bezeichnet eine elektronische EPS-Steuereinheit (hierin nachstehend als EPS-ECU abgekürzt) zum Steuern des EPS-Motors 4. Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Lenkwinkelsensor, der vorgesehen ist, einen Winkel einer Lenkmanipulation des Fahrers an dem Lenkrad 1 zu erfassen. Der Lenkwinkelsensor 6 erfasst einen Lenkwinkel in Bezug auf eine neutrale Position des Lenkrads 1. Bezugszeichen 7 bezeichnet Untersetzungsgetriebe, vorgesehen zwischen dem EPS-Motor 4 und der Lenkwelle 1A. Der EPS-Motor 4 steuert die Lenkwelle 1A über Untersetzungsgetriebe 7 in Untersetzung an.
Symbol Θhd1 repräsentiert einen Lenkwinkel von dem Lenkrad 1; Θsens ein Lenkwinkelerfassungssignal, das von dem Lenkwinkelsensor 6 ausgegeben wird; Tsens ein Lenkdrehmomenterfassungssignal, das von dem Drehmomentsensor 3 ausgegeben wird; Imtr_sens ein Ansteuerstromerfassungssignal des EPS-Motors 4; Vt_sens ein Ansteuerspannungserfassungssignal des EPS-Motors 4; Vsupply eine Versorgungsspannung des EPS-Motors 4; Tassist ein Unterstützungsdrehmoment, das der EPS-Motor 4 an die Lenkwelle 1A anlegt; Thd1 ein Lenkdrehmoment, das der Fahrer auf das Lenkrad 1 anwendet; Ttran ein Lenkwellenreaktionsdrehmoment, das von den Reifen 2 auf die Lenkwelle 1A ausgeübt wird; Tfrp eine Reibungsdrehmoment in einem Lenkweg von der Lenkwelle 1A zu der Achse 2A; und Talign ein Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment, das von den Reifen 2 aufgenommen wird.
2 ist ein Diagramm, das das Prinzip einer Kalkulation zum Schätzen eines Straßenoberflächenreaktionsdrehmoments in der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Das Diagramm inkludiert ein Tiefpassfilterelement 151. Ein Mikroprozessor in der EPS-ECU 5 dient als das Tiefpassfilterelement 151, um eine Signalverarbeitung zum Generieren eines Signals durchzuführen, das durch Eingabe eines Eingabesignals zu einem tatsächlichen Tiefpassfilter erhalten würde; es ist nicht notwendig, einen Hardware-Tiefpassfilter zu verwenden.
In 2 repräsentiert Symbol Ttire_est einen Schätzwert vom Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment, τest ist eine Zeitkonstante von dem Tiefpassfilterelement 151 und s ist eine Laplace-Transformationsvariable. Das Tiefpassfilterelement 151 empfängt das Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal Ttran_sens und gibt den Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment-Schätzwert Ttire_est durch Multiplizieren des Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignals Ttran_sens mit 1/(τest × s + 1) aus.
3 ist ein Charakteristikdiagramm, das zeitweilige Schwankungen vom Drehmoment in der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
In 3 repräsentiert die vertikale Achse das Drehmoment (N·m) und die horizontale Achse repräsentiert die Zeit (s). Charakteristik A zeigt eine Schwankung des Lenkwellenreaktionsdrehmoments Ttran, Charakteristik B zeigt eine Schwankung des Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment-Schätzwerts Ttire_est und Charakteristik C zeigt eine Schwankung des Reibungsdrehmoments Tfrp. Die Charakteristik A ist die Summe der Charakteristik B und der Charakteristik C.
4 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt. In 4 bezeichnet Bezugszeichen 10 einen Kalkulationsblock zum Kalkulieren eines Zielwerts des Ansteuerstroms Imtr des Motors 4.
In 4 bezeichnet Bezugszeichen 11 einen Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor (d.h. Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel) zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit Sveh des Automobils und generiert ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Sveh_sens. Bezugszeichen 12 bezeichnet einen Lenkdrehmomentdetektor (d.h. Lenkdrehmomenterfassungsmittel) zum Erfassen als ein Lenkdrehmomenterfassungssignal Tsens eines Lenkdrehmoments Thd1, das an das Lenkrad 1 angelegt wird. Bezugszeichen 13 bezeichnet einen Motorgeschwindigkeitsdetektor (d.h. Motorgeschwindigkeitserfassungsmittel) zum Erfassen als ein Rotationsgeschwindigkeitserfassungssignal Smtr_sens einer Rotationsgeschwindigkeit Smtr des EPS-Motors 4. Bezugszeichen 14 bezeichnet einen Motorbeschleunigungsdetektor (d.h. Motorbeschleunigungserfassungsmittel) zum Erfassen als ein Rotationsbeschleunigungssignal Amtr_sens einer Rotationsbeschleunigung (oder Abbremsung) Amtr des Motors 4. Bezugszeichen 15 bezeichnet einen Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor (d.h. Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment-Erfassungsmittel). Der Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15 empfängt ein Lenkwellenreaktionsdrehmoment Ttran und gibt ei nen Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment-Schätzwert Ttire_est unter Verwendung des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals Sveh_sens und des Motorrotationsgeschwindigkeitserfassungssignals Smtr_sens aus, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor 11 bzw. dem Motorgeschwindigkeitsdetektor 13 ausgegeben werden. Bezugszeichen 16 bezeichnet einen Unterstützungsdrehmomentbestimmungsblock, der Unterstützungsdrehmoment Tassist zum Unterstützen des Lenkdrehmoments Thd1 auf der Basis des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals Sveh_sens von dem Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor 11, des Lenkdrehmomenterfassungssignals Tsens von dem Lenkdrehmomentdetektor 12, des Motorrotationsgeschwindigkeitserfassungssignals Smtr_sens von dem Motorgeschwindigkeitsdetektor 13, des Motorrotationsbeschleunigungserfassungssignals Amtr_sens von dem Motorbeschleunigungsdetektor 14 und des Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment-Schätzwerts Ttire_est von dem Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15 bestimmt. Bezugszeichen 17 bezeichnet eine Motorstrombestimmungseinheit zum Bestimmen eines Zielwerts des Ansteuerstroms Imtr des EPS-Motors 4 auf der Basis des Unterstützungsdrehmomentwerts Tassist als der Ausgabe von dem Unterstützungsdrehmomentbestimmungsblock 16. Bezugszeichen 18 bezeichnet einen Motortreiber zum Ansteuern des EPS-Motors 4. Bezugszeichen 20 bezeichnet einen Motorstromdetektor zum Erfassen eines Ansteuerstroms Imtr des EPS-Motors 4 und gibt ein Motorstromerfassungssignal Imtr_sens aus. Der Motortreiber 18 steuert den EPS-Motor 4 an, sodass das Motorstromerfassungssignal Imtr_sens, das durch den Motorstromdetektor 20 erfasst wird, gleich dem Zielwert des Ansteuerstroms Imtr wird, der von der Motorstrombestimmungseinheit 17 zugeführt wird. Der EPS-Motor 4 generiert Unterstützungsdrehmoment Tassist.
5 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine spezielle Konfiguration des Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektors 15 der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Der Block, der durch die strich-punktierten Linien eingeschlossen ist, ist der Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15.
In 5 bezeichnet Bezugszeichen 21 einen Erfassungsblock vom Lenkwellenreaktionsdrehmoment Ttran zum Generieren eines Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignals Ttran_sens auf der Basis das Lenkwellenreaktionsdrehmoments Ttran. Bezugszeichen 22 bezeichnet einen Kalkulationsblock vom Verhältnis Kalign zum Kalkulieren eines Verhältnisses Kalign vom Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment (d.h. Ausrichtungsdrehmoment) Talign zum Lenkwinkel Θhd1 auf der Basis eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals Sveh_sens, das von dem Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor 11 zugeführt wird. Bezugszeichen 23 bezeichnet einen Zeitkonstantenkalkulationsblock zum Kalkulieren einer Zeitkonstante des Tiefpassfilterelements 151 auf der Basis des Verhältnisses Kalign und eines Motorrotationsgeschwindigkeitssignals Smtr_sens, die von dem Kalkulationsblock 22 bzw. dem Motorgeschwindigkeitsdetektor 13 zugeführt werden. Bezugszeichen 24 bezeichnet einen Tiefpassfilter-Kalkulationsblock zum Kalkulieren und gibt einen Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment-Schätzwert Ttire_est auf der Basis des Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignals Ttran_sens, das von dem Erfassungsblock 21 zugeführt wird, und der Ausgabe des Zeitkonstantenkalkulationsblocks 23 aus.
6 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses, der durch den Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15 der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird. Dieses Flussdiagramm inkludiert sieben Schritte, d.h. Schritte S101–S107 (später beschrieben) zwischen dem Start und dem Ende.
7 ist ein Charakteristikdiagramm von Charakteristik D, die eine Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit Sveh des Automobils und des Verhältnisses Kalign ist, d.h. (Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment (Ausrichtungsdrehmoment) Talign)/(Lenkwinkel Θhd1) in der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
In 7 repräsentiert die horizontale Achse die Fahrzeuggeschwindigkeit und die vertikale Achse repräsentiert das Verhältnis Kalign des Straßenoberflächenreaktionsdrehmoments (Ausrichtungsdrehmoment) Talign zu dem Lenkwinkel Θhd1. Charakteristik D zeigt, dass das Verhältnis Kalign des Straßenoberflächenreaktionsdrehmoments (Ausrichtungsdrehmoment) Talign zu dem Lenkwinkel Θhd1 klein ist, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Sveh niedrig ist, und sich erhöht, während die Fahrzeuggeschwindigkeit Sveh groß wird.
Als Nächstes wird die Operation der ersten Ausführungsform beschrieben.
Die elektrische Servolenksteuervorrichtung hat eine Hauptfunktion zum Messen vom Lenkdrehmoment Thd1 einer Handhabung des Fahrers an dem Lenkrad 1 mit dem Drehmomentsensor 3 als ein Lenkdrehmomenterfassungssignal Tsens und generiert Unterstützungsdrehmoment Tassist zum Unterstützen des Lenkdrehmoments Thd1 in Übereinstimmung zu dem Unterstützungsdrehmomenterfassungssignal Tsens. Um ein besseres Gefühl und eine höhere Stabilität der Lenkung zu realisieren, sind Sensoren vorgesehen, die einen Lenkwinkel Θhd1 des Lenkrads 1 und eine Rotationsgeschwindigkeit oder eine Rotationswinkelgeschwindigkeit (oder eine Winkelbeschleunigung, die durch ihre Differenzierung erhalten wird) des EPS-Motors 4 messen. Durch die EPS-ECU 5 werden auch ein Erfassungssignal Imtr_sens des Ansteuerstroms Imtr des EPS-Motors 4 und ein Erfassungssignal Vt_sens der Ansteuerspannung Vt, die zwischen den Anschlüssen des Motors 4 angelegt wird, erfasst.
Im Sinne einer Dynamik rotiert die Summe des Lenkdrehmoments Thd1 und des Unterstützungsdrehmoments Tassist die Lenkwelle 1A gegen das Lenkwellenreaktionsdrehmoment Ttran. Zum Drehen des Lenkrads 1 trägt auch ein Trägheitsterm (J repräsentiert die Trägheitsverstärkung des Motors 4) des Motors 4 bei. Deshalb gilt eine Beziehung von Gleichung (1): Ttran = Thd1 + Tassist – J·dω/dt. (1)
Das Unterstützungsdrehmoment Tassist des Motors 4 ergibt sich durch Gleichung (2): Tassist = Ggear × Kt × Imtr (2)wobei Ggear das Untersetzungsgetriebeverhältnis von Untersetzungsgetriebe 7 der elektrischen Servolenksteuervorrichtung ist.
Andererseits ist das Lenkwellenreaktionsdrehmoment Ttran die Summe des Straflenoberflächenreaktionsdrehmoments Talign und des Gesamtreibungsdrehmoments Tfric_all in dem Lenkmechanismus und ergibt sich durch Gleichung (3): Ttran = Talign + Tfric_all. (3)
Die EPS-ECU 5, die eine Steuervorrichtung der elektrischen Servolenksteuervorrichtung ist, kalkuliert einen Zielwert des Ansteuerstroms Imtr des EPS-Motors 4 auf der Basis der oben erwähnten Sensorsignale und führt eine Stromsteuerung durch, sodass der tatsächliche Ansteuerstrom Iact des EPS-Motors 4 mit dem kalkulierten Zielwert übereinstimmt. Der EPS-Motor 4 generiert ein vorgeschriebenes Drehmoment, das ein Ansteuerstromwert ist, multipliziert mit einer Drehmomentkonstanten und einem Motor-Lenkwellen-Getriebeverhältnis, und das re sultierende Drehmoment unterstützt das Lenkdrehmoment Thd1 des Fahrers.
Als Nächstes wird ein Schätzverfahren für ein Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment beschrieben.
Konstruiert für eine Fahrbahnänderungsmanipulation während einer Fahrt mit mittlerer oder niedriger Geschwindigkeit, können konventionelle Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektoren einer elektrischen Servolenksteuervorrichtung ein Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment nur in dem Fall einer Lenkung mit niedriger Frequenz während Fahren mit mittlerer oder niedriger Geschwindigkeit richtig erfassen. Die vorliegende Erfindung hat als ein Ziel, eine richtige Schätzung eines Straßenoberflächenreaktionsdrehmoments in einem breiten Bereich von Betriebsbedingungen zu ermöglichen und es dadurch möglich zu machen, einen Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment-Schätzwert als einen Zielwert einer Lenkdrehmomentgenerierungseinrichtung einer Steer-By-Wire-Vorrichtung (Lenkung mittels Draht) zu verwenden, in der ein Lenkrad und Reifen miteinander nicht mechanisch verbunden sind.
Der Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15 führt eine Schätzung gemäß dem Prinzip einer Kalkulation vom Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment durch, die in 2 gezeigt wird. In der elektrischen Servolenksteuervorrichtung ist es schwierig, einen Einfluss des Reibungsterms direkt zu entfernen, da die Lenkwellenrotationsgeschwindigkeit nicht mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann. Dies ist der Grund, warum für die Schätzung ein Filter verwendet wird.
Wie in 2 gezeigt, wird ein Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment-Schätzwert Ttire_est durch Eingabe eines Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignals Ttran_sens zu dem Tiefpassfilterelement 151 geschätzt.
Obwohl eine Lenkung in verschiedenen Arten von Situationen durchgeführt wird, wie etwa Fahren entlang einer gekrümmten Straße und einem Spurwechsel, werden ihre Lenkmuster in einer vorgeschriebenen Periode als Rampenmuster mit einer konstanten Geschwindigkeit betrachtet. Mit dieser Annahme variiert ein Straßenoberflächekreationsdrehmoment wie Charakteristik B in 3, und ein Reibungsdrehmoment variiert wie Charakteristik C in 3. Lenkwellenreaktionsdrehmoment Ttran, das die Summe des Straßenoberflächenreaktionsdrehmoments und des Reibungsdrehmoments ist, variiert wie Charakteristik A in 3. D.h. das Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment Talign und das Lenkwellenreaktionsdrehmoment Ttran ergeben sich durch Gleichungen (4) bzw. (5) (s: Laplace-Transformationsvariable) Talign = Tgrad/s2 (4) Ttran = Tgrad/s2 + (Ggear × Tfric + Tfrp)/s (5)wobei Tgrad die zeitweilige Variationsrate des Straflenoberflächenreaktionsdrehmoments Talign ist, Ggear das Untersetzungsgetriebeverhältnis von Untersetzungsgetriebe 7 der elektrischen Servolenksteuervorrichtung ist, Tfric das Reibungsdrehmoment im stationären Zustand des EPS-Motors 4 ist und Tfrp das Reibungsdrehmoment in dem Lenkmechanismus ist.
Der Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment-Schätzwert Ttire_est, der durch Filtern des Lenkwellenreaktionsdrehmoments Ttran mit dem Tiefpassfilterelement 151 erhalten wird, ergibt sich durch Gleichung (6): Ttire_est = {Tgrad/s2 + (Ggear × Tfric + Tfrp)/s} × 1/(τest × s + 1). (6)
Der Schätzfehler E(s) des Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment-Schätzwerts Ttire_est von dem Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment Talign als eine Zustandsvariable, die zu schätzen ist, ergibt sich durch Gleichung (7): E(s) = Tgrad/s2 – {Tgrad/s2 + (Ggear × Tfric + Tfrp)/s} × 1/(τest × s + 1) = {Tgrad × τest – (Ggear × Tfric + Tfrp)}/{s × (τest × s + 1)}. (7)
Deshalb wird der Schätzfehler E(s) 0, wenn die Zeitkonstante τest des Tiefpassfilterelements 151 durch Gleichung (8) gegeben wird (siehe 3): τest = (Ggear × Tfric + Tfrp)/Tgrad. (8)
Die zeitweilige Variationsrate Tgrad des Straßenoberflächenreaktionsdrehmoments Talign ergibt sich durch Gleichung (9) als ein Produkt der Lenkgeschwindigkeit ωs und des Verhältnisses Kalign des Straßenoberflächenreaktionsdrehmoments Talign zu dem Lenkwinkel: Tgrad = dTalign/dt = dTalign/dθs × dθs/dt = Kalign × ωs (9)
Von diesen Faktoren wird das Verhältnis Kalign des Straßenoberflächenreaktionsdrehmoments Talign zu dem Lenkwinkel für jede Fahrzeuggeschwindigkeit eindeutig bestimmt, wie in 7 gezeigt, falls ein Fahrzeugtyp angegeben ist. Die Lenkgeschwindigkeit ωs kann erfasst werden. Deshalb ergibt sich ein optimaler Wert der Zeitkonstanten τest des Tiefpassfilterelements 151 durch Gleichung (10): τest = (Ggear × Tfric + Tfrp)/Tgrad = (Ggear × Tfirc + Tfrp)/(Kalign × ωs). (10)
Durch Veranlassen der Zeitkonstanten τest des Tiefpassfilterelements 151, unter Verwendung der Blöcke 22–24 variabel zu sein, wie im Blockdiagramm von 5 gezeigt, kann deshalb das Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment Ttire_est geschätzt werden, selbst wenn die Lenkgeschwindigkeit ωs wegen einer Variation von Rotationsgeschwindigkeit Smtr des EPS-Motors 4 oder der Fahrzeuggeschwindigkeit Sveh variiert.
4. und 5 zeigen die Konfiguration der ersten Ausführungsform.
In der ersten Ausführungsform wird die gesteuerte Variable der elektrischen Servolenkung durch das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Sveh_sens des Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektors 11, das Lenkdrehmomenterfassungssignal Tsens des Lenkdrehmomentdetektors 12, den Straßenoberflächenreaktionsschätzwert Ttire_est des Straßenoberflächenreaktionsdetektors 15, das Motorrotationsgeschwindigkeitssignal Smtr_sens des Motorgeschwindigkeitsdetektors 13 und das Motorbeschleunigungssignal Amtr_sens des Motorbeschleunigungsdetektors 14 bestimmt. Da sich das neuartige Merkmal der Erfindung auf die Erfassung von Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment bezieht, wird der Straßenoberflächenreaktionsdetektor 15 nachstehend detailliert beschrieben.
In der ersten Ausführungsform wird in dem Straßenoberflächenreaktionsdetektor 15, wie in 5 gezeigt, ein Lenkwellenreaktionsdrehmoment Ttran dem Block 21 zum Erfassen vom Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal Ttran_sens zugeführt. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Sveh_sens wird dem Block 22 zum Kalkulieren eines Verhältnisses Kalign vom Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment zu einem Lenkwinkel zugeführt. Ein Motorrotationsgeschwindigkeitssignal Smtr_sens wird in den Block 22 zum Kalkulieren einer Zeitkonstanten τest des Tiefpassfilterelements 151 eingegeben.
Ein Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal Ttran_sens kann durch Anbringen eines Detektors, wie etwa einer Lastzelle (d.h. Lenkwellenreaktionsdrehmoment-Erfassungsmittel), an der Lenkwellensäule und Messen ihrer Zustandsvariable erhalten werden, und wird als ein Drehmoment (d.h. Lenkwellenreaktionsdrehmoment) erfasst, das an der Lenkwellensäule auftritt.
Ein Motorrotationsgeschwindigkeitssignal Smtr_sens wird durch Verwendung einer Ausgabe des Motorgeschwindigkeitsdetektors 13 erhalten. Alternativ kann eine Motorrotationsgeschwindigkeit unter Verwendung einer Motorstromausgabe gemäß der folgenden Gleichung (11) erhalten werden.
In der ersten Ausführungsform und den folgenden Ausführungsformen kann der Motorgeschwindigkeitsdetektor 13 eine Motorrotationsgeschwindigkeit entweder durch Messung oder Kalkulation erfassen.
8 z.B. zeigt einen Fall zum Erfassen einer Motorrotationsgeschwindigkeit durch Kalkulation.
8 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Kalkulationssektion des Falls zum Erhalten einer Motorrotationsgeschwindigkeit durch Kalkulation in dem Motorgeschwindigkeitsdetektor 13 der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
In 8 bezeichnet Bezugszeichen 161 einen Operationsblock entsprechend dem EPS-Motor 4, in dem der Nenner eine Summe eines Spulenwiderstands R des EPS-Motors 4 und eines Produkts Ls einer Spuleninduktivität L des EPS-Motors 4 und der Laplace-Transformationsvariablen s ist. Der Block 161 emp fängt die Differenz Vt – Ve zwischen einer Ansteuerspannung Vt des EPS-Motors 4 und einer gegenelektromotorischen Kraft Ve des EPS-Motors 4. Bezugszeichen 162 bezeichnet einen Operationsblock, der einen tatsächlichen Ansteuerstrom Iact des EPS-Motors 4 von dem Operationsblock 161 empfängt und eine Drehmomentausgabe durch Multiplizieren des tatsächlichen Ansteuerstroms Iact mit einer Drehmomentkonstanten Kt generiert. Bezugszeichen 163 bezeichnet einen Verstärkungsoperationsblock, der die Differenz der Drehmomentausgabe des Operationsblocks 162 und einem Störungsdrehmoment Tdist empfängt. Bezugszeichen 164A und 164B bezeichnen Integratoren. Der Integrator 164A integriert eine Ausgabe des Verstärkungsoperationsblocks 163 und führt ein Integrationsergebnis einem Operationsblock 165 einer gegenelektromotorischen Kraftkonstanten Kb zu. Der Operationsblock 165 generiert die gegenelektromotorische Kraft Ve. Die Kalkulationssektion von 8 kann die Rotationsgeschwindigkeit ω des EPS-Motors 4 gemäß Gleichung (11) unter Verwendung der Ansteuerspannung Vt des EPS-Motors 4, der gegenelektromotorischen Kraft Ve des EPS-Motors 4, die durch den Operationsblock 165 generiert wird, und des Spulenwiderstands R und der Spuleninduktivität L des EPS-Motors 4 kalkulieren.
8 zeigt die Konfiguration zum Schätzen einer Motorrotationsgeschwindigkeit durch Kalkulation. Mit dieser Konfiguration kann die Motorrotationsgeschwindigkeit ω gemäß Gleichung (11) durch Verwendung der Ansteuerspannung Vt des EPS-Motors 4, seiner gegenelektromotorischen Kraft Ve und des Spulenwiderstands R und der Spuleninduktivität L, die Konstanten sind, die durch den EPS-Motor 4 spezifiziert sind, kalkuliert werden. In Gleichung (11) ist Kt die Drehmomentkonstante, J ist die Trägheitskonstantenverstärkung des EPS-Motors 4, Kb ist die Konstante der gegenelektromotorischen Kraft und s ist die Laplace-Transformationsvariable. Symbol Imtr repräsen tiert den Ansteuerstrom des EPS-Motors und Imtr bedeutet seinen imaginären Teil.
Zunächst gelten die beiden folgenden Beziehungen: R × Imtr + L × Imtr = Vt + Ve Ve = Vt – (R × Imtr + L × Imtr).
Da L × Imtr bei Lenkfrequenzen im wesentlichen 0 ist, wird die folgende Gleichung erhalten: Ve = Vt – R × Imtr.
Deshalb wird eine Beziehung ω = Ve/Kb = (Vt – R·x Imtr)/Kb (11)erhalten.
Als Nächstes wird der Betrieb des Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektors 15 mit Bezug auf das Flussdiagramm von 6 beschrieben. In diesem Prozess wird eine Zeitkonstante τest gemäß Gleichung (10) in Schritt S105 in 6 bestimmt.
In Schritt S101 wird ein Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal Ttran_sens in einen Speicher gelesen. In Schritt S102 wird ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Sveh_sens in den Speicher gelesen. In Schritt S103 wird ein Motorrotationsgeschwindigkeitssignal Smtr_sens in den Speicher gelesen. In Schritt S104 wird ein Verhältnis Kalign vom Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment zu einem Lenkwinkel gemäß 7 auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit Sveh_sens kalkuliert. In Schritt S105 wird eine Zeitkonstante τest des Tiefpassfilterelements 151 auf der Basis der Motorrotationsgeschwindigkeit Smtr_sens und des Verhältnisses Kalign kalkuliert. In Schritt S106 wird das Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal Ttran_sens zu dem Tiefpassfilterelement 151 eingegeben und durch seine Tiefpassfilteroperation gefiltert. In Schritt S107 wird ein Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment-Schätzwert Ttire_est erhalten.
In der ersten Ausführungsform wird die Zeitkonstante τest des Tiefpassfilterelements 151 in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit Sveh und der Lenkgeschwindigkeit bestimmt, die von der Rotationsgeschwindigkeit Smtr des EPS-Motors 4 erhalten wird, was es möglich macht, das Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment zu schätzen, selbst wenn die Lenkgeschwindigkeit oder die Fahrzeuggeschwindigkeit Sveh variieren.
Ferner wird in der ersten Ausführungsform die Zeitkonstante τest des Tiefpassfilterelements 151 gemäß der Gleichung τest = (Ggear × Tfric + Tfrp)/(Kalign × ωs)erhalten, wobei Ggear die Getriebeübersetzung von Untersetzungsgetriebe 7 zum Übertragen vom Unterstützungsdrehmoment Tassist von dem EPS-Motors 4 zu der Lenkwelle 1A ist, Tfric ein Reibungsdrehmoment im stationären Zustand des EPS-Motors 4 ist, Tfrp das Reibungsdrehmoment in dem Lenkmechanismus ist, Kalign das Verhältnis des Straßenoberflächenreaktionsdrehmoments, das von der Fahrzeuggeschwindigkeit Sveh abhängt, zu dem Lenkwinkel ist und ωs die Lenkgeschwindigkeit ist, die aus der Motorrotationsgeschwindigkeit Smtr erhalten wird. Da die Zeitkonstante τest des Tiefpassfilterelements 151 gemäß der obigen Gleichung geändert wird, kann das Tiefpassfilterelement 151 den Schätzfehler ungeachtet des Fahrmusters minimieren; die Schätzgenauigkeit des Straßenoberflächenreaktionsdrehmoments kann erhöht werden.
Ausführungsform 2
9 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Ein Block 10A, der durch strich-punktierte Linien in 9 eingeschlossen ist, ist ein Block zum Kalkulieren eines Zielwerts des Ansteuerstroms Imtr des Motors 4. In der zweiten Ausführungsform wird ein Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15A an Stelle des Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektors 15, der in 4 und 5 gezeigt wird, verwendet. 10 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration des Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektors 15A der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Ein Block, der durch strich-punktierte Linien eingeschlossen ist, entspricht dem Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15A.
Während in 9 der Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15A verwendet wird, sind die Sektionen 11–20 die gleichen wie in 4. Wie in 10 gezeigt, hat der Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15A Blöcke 21A, 22, 23 und 24. Die Blöcke 22–24 sind die gleichen wie in 5. Der Block 21A ist ein Lenkwellenreaktionsdrehmoment-Kalkulationsblock zum Kalkulieren des Lenkwellenreaktionssignals Ttran_sens auf der Basis des Lenkdrehmomenterfassungssignals Tsens, des Motorstromerfassungssignals Imtr_sens und des Motorrotationsbeschleunigungssignals Amtr_sens, eingegeben zu dem Block 21A von dem Lenkdrehmomentdetektor 12, dem Motorstromdetektor 20 bzw. dem Motorbeschleunigungsdetektor 14. In der zweiten Ausführungsform wird anders als in 4 kein Lenkwellenreaktionsdrehmoment Ttran zu dem Block 21A eingegeben. Der Block 21A kalkuliert Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal Ttran_sens auf der Basis des Lenkdrehmomenterfassungssignals Tsens, des Motorstromerfassungssignals Imtr_sens und des Motorrotationsbeschleunigungssignals Amtr_sens gemäß Gleichungen (1)–(3).
11 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses, der durch den Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15A der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird.
Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal Ttran_sens wird durch das Tiefpassfilterelement 151 gefiltert, um ein Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentsignal Ttire_est zu erhalten. Während in der ersten Ausführungsform Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal Ttran_sens gemessen wird, wird in der zweiten Ausführungsform Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal Ttran_sens, das gemäß Gleichungen (1)–(3) kalkuliert wird, verwendet. Mit Ausnahme dieses Unterschieds ist der Prozess von 11 der gleiche wie der von 6.
Als Nächstes wird der Betrieb des Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektors 15A mit Bezug auf das Flussdiagramm von 11 beschrieben. In diesem Prozess wird eine Zeitkonstante τest gemäß Gleichung (10) in Schritt S208 bestimmt.
In Schritt S201 wird ein Lenkdrehmomenterfassungssignal Tsens des Lenkdrehmomentdetektors 12 in einen Speicher gelesen. In Schritt S202 wird ein Motorstromerfassungssignal Imtr_sens des Motorstromdetektors 20 in den Speicher gelesen. In Schritt S203 wird ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Sveh_sens des Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektors 11 in den Speicher gelesen. In Schritt S204 wird ein Motorrotationsgeschwindigkeitssignal Smtr_sens des Motorgeschwindigkeitsdetektors 13 in den Speicher gelesen. In Schritt S205 wird ein Motorrotationsbeschleunigungssignal Amtr_sens des Motorbeschleunigungsdetektors 14 in den Speicher gelesen. In Schritt 5206 (Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal-Ausgabemittel) wird Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal Ttran_sens auf der Basis des Lenkdrehmomenterfassungssignals Tsens, des Motorstromerfassungssignals Imtr_sens und des Motorrotationsbeschleunigungssignals Amtr_sens kalkuliert. In Schritt S207 wird ein Verhältnis Kalign vom Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment (Ausrichtungsdrehmoment) zu einem Lenkwinkel auf der Basis des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals Sveh_sens kalkuliert. In Schritt S208 wird eine Zeitkonstante τest des Tiefpassfilterelements 151 auf der Basis des Motorrotationsgeschwindigkeitssignals Smtr_sens und des Verhältnisses Kalign kalkuliert. In Schritt S209 wird das Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal Ttran_sens durch das Tiefpassfilterelement 151 gefiltert. In Schritt S210 wird ein Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment-Schätzwert Ttire_est erhalten.
Durch Kalkulation vom Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal Ttran_sens sieht die zweite Ausführungsform die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform selbst in dem Fall vor, wo Lenkwellenreaktionsdrehmoment Ttran nicht gemessen werden kann.
Ausführungsform 3
12 ist ein Charakteristikdiagramm, das eine Beziehung zwischen dem Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment und dem Lenkwinkel in einer elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt. In 12 repräsentiert die vertikale Achse das Drehmoment (N·m) und die horizontale Achse repräsentiert die Zeit (s). Charakteristik E ist Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment Talign (geteilt durch 50), Charakteristik F ist ein Lenkwinkel Θhd1 und Charakteristik G ist die Lenkwellengeschwindigkeit. Die Lenkwellengeschwindigkeit ist der Motorrotationsgeschwindigkeit proportional.
13 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration des Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektors 15B der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Ein Block, der durch strichpunktierte Linien eingeschlossen ist, entspricht dem Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15B.
In 13 sind die Blöcke 21A, 22, 23 und 24 die gleichen wie in 10 gezeigt. Bezugszeichen J und K bezeichnen Operatoren. Der Operator J multipliziert ein Motorrotationsbeschleunigungssignal Amtr_sens mit einer Trägheitsverstärkung des EPS-Motors 4, und der Operator K multipliziert ein Motorrotationsbeschleunigungssignal Amtr_sens mit einer Beschleunigungsverstärkung des EPS-Motors 4.
14 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses, der durch den Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15B der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird.
15 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines anderen Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektors 15C zeigt, der in der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird. Ein Block, der durch strich-punktierte Linien eingeschlossen ist, entspricht dem Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15C.
Während in 15 die Sektionen 21A, 22, 23, 24 die gleichen sind, wie in 10 gezeigt, wird das Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal Ttran_sens auf der Basis eines Lenkdrehmomenterfassungssignals Tsens und eines Motorstromerfassungssignals Imtr_sens kalkuliert.
In der zweiten Ausführungsform kann eine schnelle Lenkung ein Ereignis verursachen, dass das Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment Talign (Charakteristik E in 12) dem Lenkwinkel Θhd1 (Charakteristik F) in einer Phase vorauseilt. In diesem Fall beginnt in dem Zeitpunkt eines Einschnitts des Lenkrads 1 das Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment Talign sich eher zu verringern, als das Vorzeichen der Lenkgeschwindigkeit umgekehrt wird. Gleichung (5) gilt nicht für das Lenkwellenreaktionsdrehmoment Ttran und nimmt eine derartige Wellenform an, um von dem Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment Talign verzögert zu sein.
Um dieses Phänomen zu vermeiden, ist es effektiv, eine Verzögerung der Lenkwellengeschwindigkeit zu kompensieren. Um eine Verzögerung der Lenkwellengeschwindigkeit in Gleichung (1) in den ersten und zweiten Ausführungsformen zu kompensieren, wird ein Term, der ein Produkt der Motorrotationsbeschleunigung (oder Lenkwellenbeschleunigung) und einer proportionalen Verstärkung K ist, wie in der folgenden Gleichung (12) hinzugefügt: Ttran = Thd1 + Tassist – J·dω/dt + K·dω/dt. (12)
Die Operatoren J und K in 13 führen Operationen entsprechend den dritten bzw. vierten Termen auf der rechten Seite von Gleichung (12) durch.
Da die gesamte Konfiguration der elektrischen Servolenksteuervorrichtung die gleiche wie in der zweiten Ausführungsform ist, wird in 13 nur der Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15B gezeigt.
Um einen Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment-Schätzwert Ttire_est zu erhalten, wird Lenkwellenreaktionsdrehmoment Ttran durch das Tiefpassfilterelement 151 gefiltert. Um in der dritten Ausführungsform eine Verzögerung der Lenkwellengeschwindigkeit zu kompensieren, wird der Term, der das Produkt der Motorrotationsbeschleunigung und der proportionalen Verstärkung K ist, wie in der obigen Gleichung (12) bei einer Kalkulation des Lenkwellenreaktionsdrehmoments Ttran hinzugefügt. Mit Ausnahme dieses Merkmals ist die dritte Ausführungsform die gleiche wie die zweite Ausführungsform.
Diese Operation wird mit Bezug auf das Flussdiagramm von 14 beschrieben. In diesem Prozess wird in Schritt S309 eine Zeitkonstante τest gemäß Gleichung (10) bestimmt.
In Schritt S301 wird ein Lenkdrehmomenterfassungssignal Tsens des Lenkdrehmomentdetektors 12 in einen Speicher gelesen. In Schritt S302 wird ein Motorstromerfassungssignal Imtr_sens in den Speicher gelesen. In Schritt S303 wird ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Sveh_sens in den Speicher gelesen. In Schritt S304 wird ein Motorrotationsgeschwindigkeitssignal Smtr_sens in den Speicher gelesen. In Schritt S305 wird ein Motorrotationsbeschleunigungssignal Amtr_sens in den Speicher gelesen. In Schritt S306 wird ein Vorphasenkompensations-Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal auf der Basis des Lenkdrehmomenterfassungssignals Tsens, des Motorstromerfassungssignals Imtr_sens und des Motorrotationsbeschleunigungssignals Amtr_sens kalkuliert. In Schritt S307 wird ein phasenkompensiertes Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal Ttran_sens durch Addieren des Produkts der Motorrotationsbeschleunigung dω/dt und einer proportionalen Verstärkung K zu dem Vorphasenkompensations-Lenkwellenreaktionsdrehmoment kalkuliert. In Schritt S308 wird ein Verhältnis Kalign vom Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment (Ausrichtungsdrehmoment) Talign zu einem Lenkwinkel Θsens auf der Basis des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals Sveh_sens kalkuliert. In Schritt S309 wird eine Zeitkonstante τest des Tiefpassfilterelements 151 auf der Basis des Motorrotationsgeschwindigkeitssignals Smtr_sens und des Verhältnisses Kalign kalkuliert. In Schritt S310 wird das phasenkompensierte Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal Ttran_sens durch das Tiefpassfilterelement 151 gefiltert. In Schritt S311 wird ein Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment-Schätzwert Ttire_est erhalten.
In der dritten Ausführungsform inkludiert das phasenkompensierte Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal Ttrans_sens, das durch das Tiefpassfilterelement 151 gefiltert wird, den Term, der das Produkt einer Motorrotationsbeschleunigung dω/dt (d.h. Lenkwellenrotationsbeschleunigung) und der proportionalen Verstärkung K ist. Dies macht es möglich, die Erscheinung zu vermeiden, dass das Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment dem Lenkwinkel in einer Phase vorauseilt, und um dadurch die Genauigkeit einer Schätzung vom Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment selbst für schnelle Lenkmuster zu erhöhen.
Wo die Motorträgheitsverstärkung ungefähr der Beschleunigungsverstärkung gleich ist, kann der Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15C von 15 verwendet werden, in dem der (die) Beschleunigungsterm(e) in Gleichungen (1) und (12) nicht beachtet wird (werden). Selbst in diesem Fall können die gleichen Vorteile wie in der zweiten Ausführungsform vorgesehen werden. Der Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15C von 15 unterscheidet sich von dem Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15B von 13 darin, dass kein Motorrotationsbeschleunigungssignal Amtr_sens in den Block 21A eingegeben wird und die Operatoren J und K weggelassen werden.
Ausführungsform 4
Eine vierte Ausführungsform verwendet einen Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15D. Die vierte Ausführungsform ist die gleiche wie die erste Ausführungsform mit Aus nahme der Konfiguration des Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektors 15D. Deshalb wird nicht die gesamte Konfiguration der vierten Ausführungsform beschrieben.
16 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration des Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektors 15D einer elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Ein Block, der durch strich-punktierte Linien eingeschlossen ist, entspricht dem Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15D.
In 16 sind die Blöcke 21–24 die gleichen wie in 5. Ein Block 29 ist eine Zeitkonstanten-Ober-/Untergrenzen-Begrenzungssektion, die eine Ausgabe der Tiefpassfilterelement-Zeitkonstantenkalkulationssektion 23 empfängt und obere und untere Grenzwerte der Zeitkonstanten τest des Tiefpassfilterelements 151 erzeugt. Die Ausgabe der Sektion 29 wird zu der Tiefpassfilterkalkulationssektion 24 eingegeben, wodurch die Zeitkonstante τest des Tiefpassfilterelements 151 derart begrenzt wird, um innerhalb des Bereichs zu fallen, der durch die oberen und unteren Grenzwerte bestimmt wird.
17 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses, der durch den Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15D der elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird.
In den ersten bis dritten Ausführungsformen wird Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment Ttire_est durch Filtern von Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal Ttran_sens durch das Tiefpassfilterelement erster Ordnung 151 erhalten. In der vierten Ausführungsform werden obere und untere Grenzen für die Zeitkonstante τest des Tiefpassfilterelements 151 eingestellt. Die vierte Ausführungsform ist mit Ausnahme dieses Merkmals die gleiche wie die erste Ausführungsform.
Als Nächstes wird der Betrieb des Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektors 15D gemäß der vierten Ausführungsform mit Bezug auf das Flussdiagramm von 17 beschrieben. In diesem Prozess wird eine Zeitkonstante τest gemäß Gleichung (10) in Schritt S410, der in 17 gezeigt wird, bestimmt.
In Schritt S401 wird Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal Ttran_sens in einen Speicher gelesen. In Schritt S402 wird eine Fahrzeuggeschwindigkeit Sveh_sens in den Speicher gelesen. In Schritt S403 wird eine Motorrotationsgeschwindigkeit Smtr_sens in den Speicher gelesen. In Schritt S404 wird ein Verhältnis Kalign vom Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment (d.h. Ausrichtungsdrehmoment) Talign zu einem Lenkwinkel Θsens gemäß 7 auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit Sveh_sens kalkuliert. In Schritt S405 wird eine Zeitkonstante τest des Tiefpassfilterelements 151 auf der Basis der Motorrotationsgeschwindigkeit Smtr_sens und des Verhältnisses Kalign kalkuliert. In Schritt S406 wird beurteilt, ob die Zeitkonstante τest des Tiefpassfilterelements 151 größer als ein oberer Grenzwert ist. Falls die Zeitkonstante τest größer als der obere Grenzwert beurteilt wird, wird die Zeitkonstante τest in Schritt S407 auf den oberen Grenzwert begrenzt und der Prozess geht zu Schritt S410 weiter. Falls in Schritt S406 beurteilt wird, dass die Zeitkonstante τest des Tiefpassfilterelements 151 nicht größer als der obere Grenzwert ist, wird in Schritt S408 beurteilt, ob die Zeitkonstante τest kleiner als ein unterer Grenzwert ist. Falls die Zeitkonstante τest des Tiefpassfilterelements 151 kleiner als der untere Grenzwert beurteilt wird, wird die Zeitkonstante τest in Schritt S409 auf den unteren Grenzwert begrenzt und der Prozess geht zu Schritt S410 über. Der Prozess geht auch zu Schritt S410 über, falls in Schritt S408 beurteilt wird, dass die Zeitkonstante τest nicht kleiner als der untere Grenzwert ist. In Schritt 410 wird über die Zeitkonstante τest des Tiefpassfilterelements 151 entschieden. In Schritt S411 wird das Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal Ttran_sens durch das Tiefpassfilterelement 151 gefiltert. In Schritt S412 wird ein Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment-Schätzwert Ttire_est erhalten.
Wenn eine Zeitkonstante τest des Tiefpassfilterelements 151 gemäß Gleichung (10) durch Verwendung von Motorrotationsgeschwindigkeit Smtr und einer Fahrzeuggeschwindigkeit Sveh kalkuliert wird, wird eine zu große Zeitkonstante τest erhalten, falls die Fahrzeuggeschwindigkeit Sveh oder die Lenkgeschwindigkeit niedrig ist. In diesem Fall kommt die Filteroperation einer Integration nahe und tendiert deshalb dazu, durch eine Versatzkomponente von einem wahren Wert vom Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal Ttran_sens beeinflusst zu werden.
Umgekehrt wird eine zu kleine Zeitkonstante τest erhalten, falls die Fahrzeuggeschwindigkeit Sveh oder die Lenkgeschwindigkeit hoch ist. In diesem Fall kommt die Filtercharakteristik einer Verstärkungscharakteristik nahe und das Tiefpassfilterelement 151 kann Rauschkomponenten nicht abweisen. Die Einstellung der oberen und unteren Grenzwerte löst diese Probleme.
Wie oben beschrieben, fällt die Zeitkonstante τest des Tiefpassfilterelements 151 in der vierten Ausführungsform innerhalb des Bereichs, der durch die oberen und unteren Grenzwerte definiert wird. Dies verhindert ein Ereignis, dass der Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment-Schätzwert in Bezug auf einen wahren Wert einen zu großen Fehler hat, und verhindert dadurch eine Divergenz der Zeitkonstanten τest des Tiefpassfilterelements 151.
Ausführungsform 5
18 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektors 15E einer elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt. Ein Block, der durch strich-punktierte Linien eingeschlossen ist, entspricht dem Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15E.
In 18 sind die Blöcke 21–24 die gleichen wie in 5. Ein Block 30 ist eine Lenkgeschwindigkeitsober-/Untergrenzen-Begrenzungssektion, die ein Motorrotationsgeschwindigkeitssignal Smtr_sens empfängt und eine Lenkgeschwindigkeit auf einen oberen oder unteren Grenzwert begrenzt.
Eine Analyse der Lenkung von Fahrern führt zu einem Schluss, dass die Lenkgeschwindigkeit beim üblichen Fahren gewisse Grenzen hat. Der Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15E ist, wie in 18 gezeigt, durch Einstellen der unteren und oberen Grenzen der Lenkgeschwindigkeit auf z.B. 10 Grad/s und 450 Grad/s in Anbetracht tatsächlicher Lenkgeschwindigkeiten von Fahrern konfiguriert. In dem Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15E wird ein Motorrotationsgeschwindigkeitssignal Smtr_sens des Motorgeschwindigkeitsdetektors 13 in den zusätzlichen Block 30 eingegeben und eine Ausgabe des Blocks 30 wird dem Block 23 zugeführt. In dem Block 23 wird eine Zeitkonstante τest auf der Basis eines Verhältnisses Kalign und einer auf einen oberen/unteren Grenzwert begrenzten Lenkgeschwindigkeit, die von dem Block 30 zugeführt wird, kalkuliert. Dies macht es möglich, über eine Zeitkonstante τest zu entscheiden, die für eine Lenkgeschwindigkeit des Fahrers geeignet ist.
Gemäß der fünften Ausführungsform wird über eine Zeitkonstante τest entschieden, die für eine Lenkgeschwindigkeit des Fahrers geeignet ist, und es können die gleichen Vorteile wie in der vierten Ausführungsform vorgesehen werden. Die fünfte Ausführungsform sieht auch einen Vorteil dadurch vor, dass Divergenz von Gleichung (10) verhindert werden kann.
Ausführungsform 6
19A ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektors 15F einer elektrischen Servolenksteuervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Ein Block, der durch strich-punktierte Linien eingeschlossen ist, entspricht dem Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15F.
In 19A sind die Blöcke 21–24 die gleichen wie in 5. Ein Block 31 ist eine Lenkgeschwindigkeitsober-/Untergrenzen-Begrenzungssektion, die ein Motorrotationsgeschwindigkeitssignal Smtr_sens und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Sveh_sens empfängt und eine Lenkgeschwindigkeit Shd1 auf einen oberen oder unteren Grenzwert begrenzt, der für die Fahrzeuggeschwindigkeit Sveh geeignet ist. 19B zeigt eine Beziehung zwischen der Lenkgeschwindigkeit Shd1 und der Fahrzeuggeschwindigkeit Sveh in dem Block 31. In 19 repräsentiert die vertikale Achse die Lenkgeschwindigkeit Shd1 und die horizontale Achse repräsentiert die Fahrzeuggeschwindigkeit Sveh. Charakteristik Lu ist der obere Grenzwert und Charakteristik Ld ist der untere Grenzwert.
Eine Analyse der Lenkung von Fahrern führt zu einem Schluss, dass die Lenkgeschwindigkeit Sveh beim üblichen Fahren dazu tendiert, in einem niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich hoch zu sein, und dazu tendiert, in einem hohen Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich niedrig zu sein. Der Straßenoberflächenreaktionsdrehmomentdetektor 15F ist, wie in 19A gezeigt, auf eine derartige Art und Weise konfiguriert, dass die oberen und unteren Grenzwerte Lu und Ld der Lenkgeschwin digkeit Sdh1 in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit Sveh variiert werden. Dies macht es möglich, die Zeitkonstante τest in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit Sveh und der Lenkgeschwindigkeit Shd1 des Fahrers zu bestimmen.
Gemäß der sechsten Ausführungsform wird über eine Zeitkonstante τest, die für eine Fahrzeuggeschwindigkeit Sveh geeignet ist, und eine Lenkgeschwindigkeit Shd1 des Fahrers entschieden und es können die gleichen Vorteile wie in der vierten Ausführungsform vorgesehen werden. Die sechste Ausführungsform sieht auch einen Vorteil dadurch vor, dass Divergenz von Gleichung (10) verhindert werden kann.
Ausführungsform 7
20 ist ein schematisches Diagramm, das eine elektrische Servolenksteuervorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
In 20 sind die Glieder und die Einheit, die durch Bezugszeichen 1–3 und 5–7 bezeichnet werden, die gleichen, wie in 1 gezeigt. Bezugszeichen 8 bezeichnet ein Planetengetriebe, das an der Lenkwelle 1A befestigt ist. Bezugszeichen 9a und 9b bezeichnen einen Motor mit variablem Getriebe (d.h. einen ersten Motor) bzw. einen Motor mit Ritzelwelle (d.h. einen zweiten Motor). Der Motor mit variablem Getriebe 9a ist mit der Lenkwelle 1A über Untersetzungsgetriebe 7 gekoppelt, und der Motor mit Ritzelwelle 9b ist mit der Lenkwelle 1A über Planetengetriebe 8 gekoppelt. Die Kombination aus dem Motor mit variablem Getriebe 9a und dem Motor mit Ritzelwelle 9b bildet eine elektrische Motoreinrichtung an Stelle des elektrischen Motors 4 in 1.
In 20 repräsentiert Symbol Θhd1 einen Lenkwinkel des Lenkrads 1; Θsens ein Lenkwinkelerfassungssignal des Lenkrads 1; Tsens ein Lenkdrehmomenterfassungssignal; Imtr_sens1 ein Ansteuerstromerfassungssignal des Motors mit variablem Getriebe 9a; Imtr_sens2 ein Ansteuerstromerfassungssignal des Motors mit Ritzelwelle 9b; Vt_sens1 ein Ansteuerspannungserfassungssignal des Motors mit variablem Getriebe 9a; Vt_sens2 ein Ansteuerspannungserfassungssignal des Motors mit Ritzelwelle 9b; Vsupply1 eine Versorgungsspannung des Motors mit variablem Getriebe 9a; Vsupply2 eine Versorgungsspannung des Motors mit Ritzelwelle 9b; Tgear ein Getriebeausgabedrehmoment des Motors mit variablem Getriebe 9a; Tassist ein Unterstützungsdrehmoment des Motors mit Ritzelwelle 9b; Thd1 ein Lenkdrehmoment; Ttran ein Lenkwellenreaktionsdrehmoment; Tfrp ein Reibungsdrehmoment; und Talign ein Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment.
Die elektrische Servolenksteuervorrichtung eines Lenkwinkel-Überlagerungstyps, die den Motor mit variablem Getriebe 9a zum Steuern des Getriebeausgabedrehmoments Tgear und den Motor mit Ritzelwelle 9b zum Steuern des tatsächlichen Lenkwinkels einbezieht, hat die folgende Hauptfunktion. Lenkdrehmoment Thd1 einer Manipulation des Fahrers an dem Lenkrad 1 wird durch den Drehmomentsensor 3 als ein Lenkdrehmomenterfassungssignal Tsens gemessen. Die Getriebe des variablen Getriebemechanismus werden durch den Motor mit variablem Getriebe 9a in Übereinstimmung mit dem Lenkdrehmomenterfassungssignal Tsens geändert, und es wird ein Getriebeausgabedrehmoment Tgear generiert, das um einen Faktor einer variablen Getriebeübersetzung stärker als das Lenkdrehmoment Thd1 ist. Und Unterstützungsdrehmoment Tassist zum Unterstützen des tatsächlichen Lenkdrehmoments wird durch den Motor mit Ritzelwelle 9b auf der Basis des Getriebeausgabedrehmoments Tgear generiert.
Um ein besseres Gefühl und höhere Stabilität einer Lenkung zu realisieren, sind Sensoren vorgesehen, die einen Lenkwinkel Θhd1 des Lenkrads 1 und eine Rotationsgeschwindigkeit oder eine Rotationswinkelgeschwindigkeit (oder eine Winkelbeschleunigung, die durch ihr Differenzieren erhalten wird) des Motors 9b messen. Durch die EPS-ECU 5 werden auch Ansteuerstromerfassungssignale Imtr_sens1 und Imtr_sens2, Ansteuerspannungserfassungssignals Vt_sens1 und Vt_sens2, Versorgungsspannungserfassungssignale Vsupply1 und Vsupply2 der Motoren 9a und 9b erfasst.
Im Sinne einer Dynamik wird das Lenkdrehmoment Thd1 durch den variablen Getriebemechanismus mit der variablen Getriebeübersetzung Gvagear multipliziert und die Summe von dem Getriebeausgabedrehmoment Tgear und dem Unterstützungsdrehmoment Tassist dreht die Lenkwelle 1A gegen das Lenkwellenreaktionsdrehmoment Ttran. Beim Drehen des Lenkrads 1 trägt auch ein Trägheitsterm des Motors mit Ritzelwelle 9b bei. Deshalb gilt eine Beziehung von Gleichung (13): Ttran = Tgear + Tassist – J·dω/dt. (13)
Das Unterstützungsdrehmoment Tassist des Motors mit Ritzelwelle 9b ergibt sich aus Gleichung (14): Tassist = Ggear × Kt × Imtr2 (14)wobei Imtr2 der Ansteuerstrom des Motors 9b ist.
Andererseits ist das Lenkwellenreaktionsdrehmoment Ttran die Summe aus dem Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment Talign und dem Reibungsdrehmoment Tfric_all in dem Lenkmechanismus und ergibt sich durch Gleichung (15): Ttran = Talign + Tfric_all. (15)
Die Steuervorrichtung (EPS-ECU) 5 der elektrischen Servolenksteuervorrichtung kalkuliert einen Zielwert des Ansteuerstroms Imtr2 des Motors 9b auf der Basis der oben erwähnten Sensorssignale und führt eine Stromsteuerung durch, sodass der tatsächliche Ansteuerstrom des Motors 9b mit dem kalkulierten Zielwert übereinstimmt. Der Motor mit Ritzelwelle 9b generiert ein vorgeschriebenes Drehmoment, das ein Ansteuerstromwert multipliziert mit einer Drehmomentkonstanten und einer Motor-Lenkwellen-Getriebeübersetzung ist, und das resultierende Drehmoment unterstützt das Lenkdrehmoment Thd1 des Fahrers.
Die obige Konfiguration wird allgemein eine "Lenkwinkelüberlagerung" genannt und dadurch charakterisiert, dass der Verbindungsmechanismus zum Verbinden des Lenkrads mit den Reifen den variablen Getriebemechanismus zum Generieren eines Getriebeausgabedrehmoments inkludiert, das ein durch den Fahrer generiertes Drehmoment ist, multipliziert mit einer variablen Getriebeübersetzung, und dass das generierte Getriebeausgabedrehmoment durch ein Drehmoment unterstützt wird, das durch den Motor mit Ritzelwelle 9b generiert wird.
Die siebte Ausführungsform wird dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Kalkulieren eines Straßenoberflächenreaktionsdrehmoments in der Konfiguration eines Lenkwinkel-Überlagerungstyps fähig ist. Ein Getriebeausgabedrehmoment kann durch Anbringen des Drehmomentsensors 3 an einen Getriebeausgabedrehmoment-Generierungsabschnitt der Lenkwelle 1A gemessen werden. Lenkwellenreaktionsdrehmoment Ttran kann auch gemäß Gleichung (13) kalkuliert werden.
Die Technik, die in den ersten bis sechsten Ausführungsformen beschrieben wird, kann wie sie ist auf eine Technik zum Kalkulieren vom Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment Ttire_est nach Erhalten vom Lenkwellenreaktionsdrehmoment Ttran angewendet werden.
Obwohl in der siebten Ausführungsform ein Getriebeausgabedrehmoment durch Verwendung des Sensors erfasst wird, kann ein äquivalenter Wert durch Multiplizieren vom Lenkdrehmoment mit einer variablen Getriebeübersetzung in einem derartigen Bereich erhalten werden, dass die Reibung in dem variablen Getriebemechanismus klein ist, selbst wenn kein Sensor für diesen Zweck vorgesehen ist.
Die siebte Ausführungsform kann die gleichen Vorteile wie die erste bis sechs Ausführungsform sogar in der elektrischen Servolenksteuervorrichtung eines Lenkwinkel-Überlagerungstyps vorsehen.
Wie oben beschrieben macht es die siebte Ausführungsform selbst in der Konfiguration eines Lenkwinkel-Überlagerungstyps möglich, ein Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment durch Erfassung vom Lenkwellenreaktionsdrehmoment zu schätzen, selbst wenn die Lenkgeschwindigkeit oder die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert.
Ausführungsform 8
21 ist ein schematisches Diagramm, das eine elektrische Servolenksteuervorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
In 21 sind die Glieder und die Einheit, die durch Bezugszeichen 1–3 und 5 bezeichnet werden, die gleichen, wie in 1 gezeigt. Bezugszeichen 7a und 7b bezeichnen Untersetzungsgetriebe. Bezugszeichen 10a und 10b bezeichnen einen Lenkreaktionsdrehmoment-Steuermotor bzw. einen Steuermotor eines tatsächlichen Lenkwinkels. Die Kombination aus dem Lenkreaktionsdrehmoment-Steuermotor 10a und dem Steuermotor eines tatsächlichen Lenkwinkels 10b bildet die elektrische Motoreinrichtung an Stelle des elektrischen Motors 4 in 1.
Symbol Θhd1 repräsentiert einen Lenkwinkel des Lenkrads 1; Θsens ein Lenkwinkelerfassungssignal des Lenkrads 1; Tsens ein Lenkdrehmomenterfassungssignal; Imtr_sens1 und Imtr_sens2 Ansteuerstromerfassungssignale der Motoren 10a und 10b; Vt_sens1 und Vt_sens2 Ansteuerspannungserfassungssignale der Motoren 10a und 10b; Vsupply1 und Vsupply2 Versorgungsspannungen der Motoren 10a und 10b; Tassist1 ein Unterstützungsdrehmoment des Motors 10a; Tassist2 ein Unterstützungsdrehmoment des Motors 10b; Thd1 ein Lenkdrehmoment; Ttran ein Lenkwellenreaktionsdrehmoment; Tfrp ein Reibungsdrehmoment; und Talign ein Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment.
Die elektrische Servolenksteuervorrichtung eines Steer-by-Wire-Typs, die den Lenkreaktionsdrehmoment-Steuermotor 10a zum Steuern des Lenkreaktionsdrehmoments und den Steuermotor eines tatsächlichen Lenkwinkels 10b zum Steuern des tatsächlichen Lenkwinkels einbezieht, und in der das Lenkrad 1, das durch einen Fahrer zu handhaben ist, und die Reifen 2 miteinander nicht mechanisch verbunden sind, hat die folgende Hauptfunktion. Lenkdrehmoment Thd1 einer Handhabung des Fahrers an dem Lenkrad 1 wird durch den Drehmomentsensor 3 als ein Lenkdrehmomenterfassungssignal Tsens gemessen. Lenkreaktionsunterstützungsdrehmoment Tassist1 zum richtigen Steuern des Lenkdrehmoments Thd1 des Fahrers, das einem Fahrzeugverhalten entspricht, wird durch den Lenkreaktionsdrehmoment-Steuermotor 10a auf der Basis des Drehmomenterfassungssignals Tsens generiert. Steuerunterstützungsdrehmoment eines tatsächlichen Lenkwinkels Tassist1 zum Steuern des tatsächlichen Lenkwinkels der Reifen 2 wird durch den Steuermotor eines tatsächlichen Lenkwinkels 10b generiert.
Um ein besseres Gefühl und höhere Stabilität einer Lenkung zu realisieren, sind Sensoren vorgesehen, die einen Lenkwinkel Θhd1 des Lenkrads 1 und Rotationsgeschwindigkeiten oder Rotationswinkelgeschwindigkeiten (oder Winkelbeschleunigungen, die durch ihr Differenzieren erhalten werden) der Motoren 10a und 10b messen. Durch die EPS-ECU 5 werden auch Ansteuerstromerfassungssignale Imtr_sens1 und Imtr_sens2 und Ansteuerspannungserfassungssignale Vt_sens1 und Vt_sens2 der Motoren 10a und 10b und Versorgungsspannungserfassungssignale Vsupply1 und Vsupply2, die zwischen den Motoranschlüssen angelegt werden, erfasst.
Da das Lenkrad 1 und die Reifen 2 miteinander nicht mechanisch verbunden sind, gelten im Sinne einer Dynamik gänzlich unabhängige Beziehungen für sie. Das Lenkdrehmoment Thd1 und das Lenkreaktionsdrehmoment Tassist1 sind miteinander ausgeglichen, und das Unterstützungsdrehmoment Tassist1, das durch den Steuermotor eines tatsächlichen Lenkwinkels 10b generiert wird, dreht die Reifen 2 gegen das Lenkwellenreaktionsdrehmoment Ttran. Zum Drehen der Reifen 2 trägt auch ein Trägheitsterm des Steuermotors eines tatsächlichen Lenkwinkels 10b bei. Deshalb gilt eine Beziehung von Gleichung (16): Ttran = Tassist2 – J·dω2/dt (16)wobei ω2 die Winkelgeschwindigkeit des Motors 10b ist.
Das Unterstützungsdrehmoment Tassist2 des Steuermotors eines tatsächlichen Lenkwinkels 10b ergibt sich durch Gleichung (17) Tassist2 = Ggear2 × Kt × Imtr2 (17) wobei Ggear2 die Getriebeübersetzung des Untersetzungsgetriebes 7b ist und Imtr2 der Ansteuerstrom des Motors 10b ist.
Andererseits ist das Lenkwellenreaktionsdrehmoment Ttran die Summe des Straßenoberflächenreaktionsdrehmoments Talign und des Reibungsdrehmoments Tfric_all in dem Lenkmechanismus und ergibt sich durch Gleichung (18): Ttran = Talign + Tfric_all. (18)
Die Steuervorrichtung (EPS-ECU) 5 der elektrischen Servolenksteuervorrichtung kalkuliert einen Zielwert des Ansteuerstroms Imtr2 des Motors 10b auf der Basis der oben erwähnten Sensorssignale und führt eine Stromsteuerung durch, sodass der tatsächliche Ansteuerstrom des Motors 10b mit dem kalkulierten Zielwert übereinstimmt. Der Motor 10b generiert ein vorgeschriebenes Drehmoment, das ein Ansteuerstromwert multipliziert mit einer Drehmomentkonstanten und einer Motor-Lenkwellen-Getriebeübersetzung ist, und das resultierende Drehmoment unterstützt das Lenkdrehmoment Thd1 des Fahrers.
Die obige Konfiguration wird allgemein "Steer-By-Wire" genannt und ist dadurch gekennzeichnet, dass keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad 1 und den Reifen 2 existiert und dass der Lenkreaktionsdrehmoment-Steuermotor 10a zum Steuern des Lenkreaktionsdrehmoments, das zu dem Lenkrad 1 übertragen wird, und der Steuermotor eines tatsächlichen Lenkwinkels 10b zum Steuern des tatsächlichen Lenkwinkels der Reifen 2 auf der Basis. des Lenkwinkels des Fahrers und einer Fahrzeugzustandsvariablen vorgesehen sind. Da es keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad 1 und den Reifen 2 gibt, erhöht dieser Mechanismus den Freiheitsgrad der Fahrzeuggestaltung und kann das Fahrzeug ungeachtet der Lenkung des Fahrers stabilisieren. Obwohl sich die Gleichung zum Kalkulieren des Lenkwellenreaktionsdrehmoments Ttran von der entsprechenden Gleichung in den ersten Ausführungsformen unterscheidet, die mechanischen Konfigurationen unterschiedlich sind, kann das Lenkwellenreaktionsdrehmoment entweder durch Erfassung mit einem Sensor oder durch Kalkulation gemäß Gleichung (16) erhalten werden, wie in den ersten bis sechsten Ausführungsformen beschrieben.
Die Technik, die in den ersten bis sechsten Ausführungsformen beschrieben wird, kann wie sie ist als eine Technik zum Kalkulieren vom Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment Ttire_est nach Erhalten vom Lenkwellenreaktionsdrehmoment Ttran verwendet werden.
Die achte Ausführungsform kann die gleichen Vorteile wie die ersten bis sechsten Ausführungsformen selbst in der elektrischen Servolenksteuervorrichtung eines Steer-By-Wire-Typs vorsehen. Ein Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment-Schätzwert kann als ein Zielwert der Lenkdrehmomentgenerierungseinrichtung der Steer-By-Wire-Vorrichtung verwendet werden, in der das Lenkrad 1 und die Reifen 2 miteinander nicht mechanisch verbunden sind.
Selbst in der Konfiguration eines Steer-By-Wire-Typs macht es die achte Ausführungsform wie oben beschrieben möglich, ein Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment durch Erfassung vom Lenkwellenreaktionsdrehmoment zu schätzen, selbst wenn die Lenkgeschwindigkeit oder die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert.

Claims

Elektrische Servolenksteuervorrichtung mit einer elektrischen Motoreinrichtung, die ein Unterstützungsdrehmoment zum Unterstützen eines Lenkdrehmoments eines Fahrers an eine Lenkwelle anlegt, die mit einer Achse eines Fahrzeugs gekoppelt ist, umfassend: Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit; Motorgeschwindigkeitserfassungsmittel zum Erfassen einer Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Motoreinrichtung; Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal-Ausgabemittel zum Ausgeben eines Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignals, das einem Lenkwellenreaktionsdrehmoment entspricht, das an der Lenkwelle wirkt; und Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment-Erfassungsmittel zum Ausgeben eines Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment-Schätzwerts, um für eine Steuerung in dem Unterstützungsdrehmoment durch Filtern des Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignals durch eine Tiefpassfilteroperation verwendet zu werden, gekennzeichnet dadurch, dass eine Zeitkonstante (τest) der Tiefpassfilteroperation in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit (Sveh), die durch das Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel erfasst wird, und der Motorrotationsgeschwindigkeit (Smtr), die durch das Motor geschwindigkeitserfassungsmittel erfasst wird, bestimmt wird.
Elektrische Servolenksteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal-Ausgabemittel ein Erfassungsmittel (21) zum Ausgeben des Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignals abhängig von dem Lenkwellenreaktionsdrehmoment ist.
Elektrische Servolenksteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal-Ausgabemittel ein Kalkulationsmittel (21A) zum Kalkulieren des Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignals (Ttran_sens) auf der Basis des Lenkdrehmomenterfassungssignals Tsens abhängig von dem Lenkdrehmoment, eines Motorstromerfassungssignals (Imtr_sens) abhängig von einem Motorstrom der elektrischen Motoreinrichtung (4) und einem Motorrotationsbeschleunigungssignal (Amtr_sens) abhängig von einer Rotationsbeschleunigung der elektrischen Motoreinrichtung (4) ist.
Elektrische Servolenksteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zeitkonstante (τest) der Tiefpassfilteroperation gemäß einer Gleichung τest = (Ggear × Tfric + Tfrp)/(Kalign × ωs)bestimmt wird, wobei Ggear eine Getriebeübersetzung eines Untersetzungsgetriebes (7) zum Übertragen des Unterstützungsdrehmoments von dem elektrischen Motor (4) zu der Lenkwelle (1A) ist, Tfric ein Reibungsdrehmoment im stationären Zustand des elektrischen Motors (4) ist und Tfrp ein Reibungsdrehmoment in einem Lenkmechanismus ist, Kalign ein Verhältnis eines Straßenoberflächenreaktionsdrehmoments, das von der Fahrzeuggeschwindigkeit (Sveh) abhängt, zu einem Lenkwinkel (Θhd1) ist und ωs eine Lenk geschwindigkeit ist, die aus der Motorrotationsgeschwindigkeit erhalten wird.
Elektrische Servolenksteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lenkwellenreaktionsdrehmomentsignal (Ttran_sens), das durch die Tiefpassfilteroperation gefiltert wird, einen Term inkludiert, der ein Produkt einer Lenkwellenrotationsbeschleunigung und einer proportionalen Verstärkung ist.
Elektrische Servolenksteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zeitkonstante (τest) der Tiefpassfilteroperation eine obere Grenze und eine untere Grenze hat.
Elektrische Servolenksteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zeitkonstante (τest) der Tiefpassfilteroperation eine obere Grenze und eine untere Grenze hat, die von der Fahrzeuggeschwindigkeit (Sveh) abhängen.
Elektrische Servolenksteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Lenkrad (1) zum Ansteuern des Fahrzeugs und die Achse (2A) miteinander über die Lenkwelle (1A) verbunden sind und der elektrische Motor (4) mit der Lenkwelle (1A) über Untersetzungsgetriebe (7) gekoppelt ist.
Elektrische Servolenksteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die elektrische Servolenksteuervorrichtung eine Konfiguration eines Lenkwinkel-Überlagerungstyps hat, in der die elektrische Motoreinrichtung einen ersten elektrischen Motor (9a) und einen zweiten elektrischen Motor (9b) inkludiert, der erste elektrische Motor (9a) ein Getriebeausgabedrehmoment steuert, das das Lenkdrehmoment des Fahrers multipliziert mit einer variablen Getriebeübersetzung, und der zweite elektrische Motor (9b) ein Unterstützungsdrehmoment zum Steuern eines tatsächlichen Lenkwinkels an die Lenkwelle (1A) in Übereinstimmung mit dem Getriebeausgabedrehmoment anlegt.
Elektrische Servolenksteuervorrichtung nach Anspruch 9, wobei ein Lenkrad (1) zum Ansteuern des Fahrzeugs und die Achse (2A) miteinander über die Lenkwelle (1A) verbunden sind, der erste elektrische Motor (9a) mit der Lenkwelle (1A) über Untersetzungsgetriebe (7) gekoppelt ist, und der zweite elektrische Motor (9b) mit der Lenkwelle (1A) über Planetengetriebe (8) gekoppelt ist.
Elektrische Servolenksteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die elektrische Servolenksteuervorrichtung eine Konfiguration eines Steer-By-Wire-Typs hat, in der die elektrische Motoreinrichtung einen ersten elektrischen Motor (10a) und einen zweiten elektrischen Motor (10b) inkludiert, es keine mechanische Verbindung zwischen einem Lenkrad (1) zum Ansteuern des Fahrzeugs und der Achse (2A) gibt, der erste elektrische Motor (10a) ein Lenkreaktionsdrehmoment steuert, das zu dem Lenkrad (1) übertragen wird, und der zweite elektrische Motor (10b) ein Unterstützungsdrehmoment zum Steuern eines tatsächlichen Lenkwinkels der Achse (2A) zu der Lenkwelle (1A) anlegt.
Elektrische Servolenksteuervorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment-Schätzwert, der durch das Straßenoberflächenreaktionsdrehmoment-Erfassungsmittel erhalten wird, für die Lenkreaktionsdrehmomentsteuerung und die Steuerung eines tatsächlichen Lenkwinkels verwendet wird.