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Hintergrund der Erfindung
1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein elektrisches Servolenksystem, bei welchem ein Elektromotor ein
Drehmoment zum Unterstützen
eines Lenkmoments erzeugt, das durch eine Lenkradmanipulation durch
einen Fahrer erzeugt wird.
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2. Stand der
Technik
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Ein Servolenksystem wird als System
verwendet, bei welchem eine Antriebskraft einer weiteren Leistungsquelle,
wie beispielsweise einer hydraulischen Pumpe (oder eines Elektromotors),
eine Lenkradmanipulation durch einen Fahrer unterstützt, um
eine Kraft eines Fahrers zu reduzieren, die zur Manipulation des
Lenkrads nötig
ist, und um eine Manipulation bzw. Handhabung des Lenkrads zu erleichtern
bzw. zu ermöglichen.
In der folgenden Beschreibung wird ein System, bei welchem ein Elektromotor
als die vorangehende weitere Leistungsquelle verwendet wird, elektrisches
Servolenksystem genannt, um das System von anderen Systemen zu unterscheiden.
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Als konstruktionsmäßiges Beispiel
eines herkömmlichen
elektrischen Servolenksystems zeigt 10 einen
Aufbau eines Systems, das in EP-A-1 077 171 beschrieben ist, welches
Dokument Stand der Technik nach Art. 54(3) EPC ist. In der Zeichnung ist
ein Bezugszeichen 10 ein Elektromotor (der hierin nachfolgend
einfach Motor genannt wird) zum Antreiben des nicht gezeigten Lenksystems.
Ein Bezugszeichen 1 ist ein Lenkmomentendetektor (der Lenkmoment-Erfassungseinrichtung
genannt wird) zum Erfassen eines Lenkmoments, das durch einen Lenkradmanipulation
durch einen Fahrer erzeugt wird, die nicht gezeigt ist, und von
Ausgaben eines Lenkmomentensignals. Ein Bezugszeichen 2 ist
eine Lenkmomentensteuerung (die Servolenk-Steuereinrichtung genannt
wird) zum Berechnen eines Lenkunterstützungs-Drehmomentensignals auf der Basis des Lenkmomentensignals.
Ein Bezugszeichen 17 ist ein Rückstellmomentenkompensator,
der ein Lenkrad-Rückstellunterstützungs-Drehmomentensignal zum
Erzeugen eines Drehmoments des Motors 10 in der Richtung
eines Zurückbringens
des Lenkrads zu einer Anfangsstelle auf der Basis eines Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Signals ausgibt, welches
eine Ausgabe eines Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektors 15 ist.
Ein Bezugszeichen 5 ist ein Motorgeschwindigkeitsdetektor,
ein Bezugszeichen 3 ist ein Dämpfungskompensator, der ein
Motorgeschwindigkeitssignal empfängt
und seine Dämpfung
kompensiert, ein Bezugszeichen 4 ist ein Trägheitskompensator,
ein Bezugszeichen 6 ist ein Motorbeschleunigungsdetektor,
ein Bezugszeichen 7 ist eine Motorstrombestimmungseinheit,
ein Bezugszeichen 9 ist ein Motorantrieb, ein Bezugszeichen 11 ist
ein Motorstromdetektor, ein Bezugszeichen 12 ist ein erster
Addierer, ein Bezugszeichen 13 ist ein zweiter Addierer
und ein Bezugszeichen 14 ist ein Geschwindigkeitsdetektor.
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Ein Bezugszeichen 15S ist
ein Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektor,
der mit einem Tiefpassfilter versehen ist. Der Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektor 15S berechnet
ein Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Signal
an einem S/W eines Mikrocomputers auf der Basis eines Lenkmomentensignals,
das eine Ausgabe des Lenkmomentendetektors 1 ist, eines Motorbeschleunigungssignals,
das eine Ausgabe des Motorbeschleunigungsdetektors 6 ist,
und eines Motorstromwerts, der durch den Motorstromdetektor 11 ausgegeben
wird. Dann gibt der Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektor 15S das Straßenoberflächen- Reaktionsdrehmomenten-Signal
aus. 12 zeigt ein Diagramm
zum Erklären
der Verarbeitungsoperation des Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektors 15S bei
der Berechnung, und die Berechnung wird später detailliert beschrieben.
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Nachfolgend wird eine Operation des
herkömmlichen
elektrischen Servolenksystems unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm
der 11 beschrieben.
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Zuerst wird in einem Schritt 5301
ein durch den Lenkmomentendetektor 1 erfasstes Lenkmomentensignal
gelesen und in einem Speicher gespeichert. Als nächstes wird in einem Schritt
S302 ein durch den Motorgeschwindigkeitsdetektor 5 erfasstes
Motorgeschwindigkeitssignal gelesen und im Speicher gespeichert.
In einem Schritt S303 differenziert der Motorbeschleunigungsdetektor
das Motorgeschwindigkeitssignal, und ein Motorbeschleunigungssignal
wird erhalten und im Speicher gespeichert. In einem Schritt 5304
wird ein Motorstromsignal gelesen und im Speicher gespeichert.
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Dann wird in Schritten 5305 bis 5306
die folgende Berechnung im Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektor 15S durchgeführt, und ein
Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Signal
wird erhalten.
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Zuerst wird im Schritt 5305 ein stationäres Reaktionskraftsignal
T'rea-est aus der
folgenden Gleichung (1) unter Verwendung eines Lenkmomentensignals
Tsens, eines Motorbeschleunigungssignal dω äquivalent zu einer Drehbeschleunigung
der Lenkwelle und eines Motorstromsignals Imtr erhalten.
T'rea-est = Tsens + Kt ·Imtr – J·dω ... (1)
wobei
folgendes gilt:
Kt: Drehmomentenkonstante des Motors (berechnet in
Bezug auf die Lenkwelle)
J: Trägheitsmoment des Lenkmechanismus
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Als nächstes führt das im Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektor 15S angeordnete
Tiefpassfilter im Schritt 5306 eine primäre Filterberechnung durch,
wie es in der folgenden Gleichung (2) gezeigt ist, um ein Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Signal
Trea-est zu erhalten, und dieses Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Signal Trea-est
wird im Speicher gespeichert.
dTrea-est/dt = -Trea-est/T1 + T'rea-est/T1 ... (2)
wobei
folgendes gilt:
T1 ist eine Zeitkonstante eines primären Filters
in der Gleichung (2) und ist so gebildet, dass eine Grenzfrequenz
(fc = 1/2 π T1)
im Bereich von 0,05 Hz bis 1,0 Hz sein kann.
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Als nächstes wird in Schritten 5307
bis S308 in der Lenkmomentensteuerung 2 das Lenkmomentensignal
durch einen Phasenkompensator geführt und phasenkompensiert,
eine Abbildungsoperation in Bezug auf das phasenkompensierte Lenkmomentensignal
durchgeführt,
und ein Lenkunterstützungs-Drehmomentensignal
wird erhalten und im Speicher gespeichert.
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In einem Schritt S309 wird im Rückstellmomentenkompensator 17 eine
Abbildungsoperation für das
vorangehende Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Signal
Trea-est durchgeführt
und wird ein Lenkrad-Rückstellunterstützungs-Drehmomentensignal
erhalten und im Speicher gespeichert.
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In einem Schritt S310 wird im Dämpfungskompensator 3 ein
Dämpfungskompensationssignal durch
Multiplizieren des Motorgeschwindigkeitssignals und der proportionalen
Verstärkung
erhalten und im Speicher gespeichert.
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In einem Schritt S311 wird im Trägheitskompensator 4 ein
Trägheitskompensationssignal
durch Multiplizieren des Motorbeschleunigungssignals und der proportionalen
Verstärkung
erhalten und im Speicher gespeichert.
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Als nächstes wird zu einem Schritt
5312 weitergegangen, bei welchem der erste Addierer 12 das Lenkunterstützungs-Drehmomentensignal,
das Lenkrad-Rückstellunterstützungs-Drehmomentensignal,
das Dämpfungskompensationssignal
und das Trägheitskompensationssignal,
die in den vorangehenden Schritten S308 bis S311 erhalten sind,
addiert, wodurch ein Sollmoment erhalten und im Speicher gespeichert
wird.
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In einem Schritt S313 wird in der
Motorstrom-Bestimmungseinheit 7 ein
Sollstrom durch Multiplizieren des im vorangehenden Schritt S312
erhaltenen Sollmoments mit einer Verstärkung erhalten, und der Sollstrom
wird im Speicher gespeichert. Die zu dieser Zeit erhaltene Verstärkung ist
eine inverse (reziproke) Zahl der Drehmomentenkonstante des Motors 10,
die in Bezug auf eine Lenkwelle berechnet ist.
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Die vorangehenden Schritte S301 bis
S313 werden wiederholt.
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Nachfolgend ist der Grund beschrieben,
warum es möglich
ist, das Straßenoberflächen-Reaktionsmoment
aus der vorangehenden Gleichung (1) und der vorangehenden Gleichung
(2) zu erfassen.
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Die Bewegungsgleichung des Lenkmechanismus
wird durch die folgende Gleichung (3) ausgedrückt.
J·dωs/dt = Thdl + Tmtr – Tfric – Treact
... (3)
wobei
folgendes gilt:
dws/dt: Drehbeschleunigung der Lenkwelle
Thdl:
Lenkmoment
Tmtr: Motorausgangsmoment (berechnet in Bezug auf
die Lenkwelle)
Tfric: Reibmoment im Lenkmechanismus
Treact:
Straßenoberflächenreaktionsmoment
(berechnet in Bezug auf die Lenkwelle berechnet)
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Beim Lösen der vorangehenden Gleichung (3)
für das
Straßenoberflächenreaktionsmoment
Treact wird die folgende Gleichung (4) erhalten.
Treact = Thdl + Tmtr – J·dωs/dt – Tfric
... (4)
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Demgemäß wird das Straßenoberflächenreaktionsmoment
Treact durch Verwenden der jeweiligen Werte des Lenkmoments, des
Motorausgangsmoments, der Drehbeschleunigung der Lenkwelle und des
Reibungsmoments im Lenkmechanismus erhalten. Diesbezüglich ist
es möglich,
das Lenkmomentensignal Tsens als das Lenkmoment Thdl zu verwenden,
und es ist möglich,
einen Wert, der durch Multiplizieren des Motorstromsignals Imtr
mit der Drehmomentenkonstante Kt erhalten wird, als das Motorausgangsmoment
Tmtr zu verwenden. Es ist auch möglich,
das Motorbeschleunigungssignal dω als
die Drehbeschleunigung der Lenkwelle (dωs/dt) zu verwenden. Schließlich ist
es möglich,
das Straßenoberflächenreaktionsmoment
ausschließlich
eines Einflusses des Reibmoments Tfric im Lenkmechanismus aus der
vorangehenden Gleichung (1) zu erfassen.
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Andererseits wirkt das Reibmoment
Tfric als ein Zwischenspeicher bezüglich der Drehgeschwindigkeit
des Lenkmechanismus. Es ist auf dem Gebiet der Regelungstechnik
bzw. Steuerungstechnik wohl bekannt, dass das Zwischenspeichern
bzw. das Relais durch ein äquivalentes
Linearisierungsverfahren äquivalent
in der Form einer Verstärkung
und einer Phase ausgedrückt
werden kann. Demgemäß wird dann,
wenn die Verstärkung
und die Phase des stationären
Reaktionskraftsignals T'rea-est,
das in der vorangehenden Gleichung (1) erfasst wird, durch das primäre Filter
in der vorangehenden Gleichung (2) geregelt werden, das Straßenoberflächen-Reaktionsmomenten-Signal
Trea-est erhalten wird.
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Das bedeutet, dass das primäre Filter
(das Tiefpassfilter) als das populärste Verfahren zum Regeln der
Verstärkung
und der Phase verwendet wird, wie es in 12 gezeigt ist. Der Bereich, in welchem die
Verstärkung
und die Phase durch das primäre
Filter geregelt werden können,
ist ein Frequenzbereich, der nicht niedriger als die Grenzfrequenz
ist. Beim Bilden der Grenzfrequenz derart, dass sie im Bereich vom
0,5- bis 1-fachen der zu regelnden Frequenz ist, kann die Verstärkung innerhalb
des Bereichs vom nahezu 1- bis 0,5-fachen geregelt werden und kann
die Phase innerhalb des Bereichs von 0 bis –20 Grad geregelt werden. Somit
kann der Einfluss des Reibmoments in den meisten Fällen ausgelöscht werden.
Die allgemein in Fahrzeugen durchgeführte Lenkfrequenz bzw. Lenkhäufigkeit
ist im Bereich von nahezu 0,1 bis 1 Hz. Das bedeutet, dass es beim
Einrichten der Grenzfrequenz derart, dass sie im Bereich vom 0,5-
bis 1-fachen der
vorangehenden Lenkfrequenz ist, d. h. nahezu von 0,05 Hz bis 1 Hz,
möglich
ist, den Einfluss des Reibmoments auszulöschen. Zusätzlich wird die spezifische
Grenzfrequenz unter einem Zielen auf die Lenkfrequenz eingerichtet,
bei welcher es für
eine Regelung bzw. Steuerung basierend auf dem erfassten Straßenoberflächen-Reaktionsmomenten-Signal
erwünscht
ist, am effektivsten zu arbeiten.
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Wie es oben beschrieben ist, erhöht sich beim
herkömmlichen
Servolenksystem der Einfluss des Ausdrucks (J · dωs/dt), der äquivalent zur Trägheit des
Motors ist, proportional zum Quadrat der Frequenz, während das
primäre
Filter als das Tiefpassfilter des Straßenoberflächen-Reaktionsmomenten- Detektors verwendet
wird. Als Ergebnis erhöht
sich der Einfluss der Trägheit
des Motors proportional zu den Frequenzkomponenten der Kraft zum
Manipulieren des Lenkrads, wie es in der folgenden Gleichung (5)
gezeigt ist:
J·f2 / T1·f
+ 1) ≒ J·f / T1
... (5)
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Daher erhöht sich ein Fehler in dem Ausdruck,
der äquivalent
zur Trägheit
des Motors ist, aufgrund eines Erfassungsfehlers der Drehbeschleunigung
der Lenkwelle (dωs/dt)
oder eines Abschätzungsfehlers
des Trägheitsmoments
(J) des Lenkmechanismus proportional zur Lenkradmanipulation. Als Ergebnis
existiert ein derartiges Problem, dass dann, wenn das Lenkrad in
einem schnellen Zyklus manipuliert wird, was eine Menge an Hochfrequenzkomponenten
enthält
(was hierin nachfolgend Hochfrequenzlenkung genannt wird), der Motor
ein unnatürliches
Lenkradrückstellmoment
erzeugt und das Lenkrad ungewöhnlich
schwer wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung wurde zum
Lösen der
oben diskutierten Probleme gemacht, und sie hat als Aufgabe, ein
Servolenksystem zu schaffen, bei welchem keinerlei unnatürliches
Lenkradrückstellmoment
erzeugt wird und das Lenkrad bzw. Lenken nicht ungewöhnlich schwer
wird, selbst wenn eine Lenkradmanipulation unter einer hohen Frequenz durchgeführt wird.
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Ein elektrisches Servolenksystem
gemäß der Erfindung
weist folgendes auf:
einen Elektromotor, der ein Drehmoment
zum Unterstützen
eines Lenkmoments erzeugt, das durch eine Lenkradmanipulation erzeugt
wird;
eine Lenkmomenten-Erfassungseinrichtung zum Erfassen
des Lenkmoments;
eine Motorstrom-Erfassungseinrichtung zum
Erfassen eines Stroms, der im Motor fließt; und
eine Straßenoberflächen-Reaktionsmomenten-Erfassungseinrichtung
zum Erhalten eines Straßenoberflächen-Reaktionsmomenten-Erfassungswerts 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 berechneten Motordrehmoments erhalten wird, über eine
Filtereinrichtung, die durch mehrere Stufen von primären Tiefpassfiltern
gebildet ist, die in Reihe geschaltet sind.
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Als Ergebnis eines solchen Aufbaus
wird selbst dann, wenn eine Lenkradmanipulation durchgeführt wird,
die hohe Frequenzkomponenten enthält, keinerlei ungewöhnliches
großes
Lenkradrückstellmoment
erzeugt. Somit ist es möglich,
ein Servolenksystem zu erreichen, durch welches ein Fahrer sein
Fahrzeug fahren kann, ohne irgendetwas wie eine Schwierigkeit beim
Anpassen von sich selbst an die Servolenkung zu fühlen.
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Es ist vorzuziehen, dass das elektrische
Servolenksystem mit einem Begrenzer zum Begrenzen des Werts versehen
ist, der durch Subtrahieren des aus einer Ausgabe der Drehbeschleunigungserfassungseinrichtung
in Bezug auf die Lenkwelle berechneten Motorträgheitsmoments von dem Wert
erhalten wird, der durch Addieren des Lenkmoments und eines aus
dem Motorstrom in Bezug auf die Lenkwelle berechneten Motordrehmoments
erhalten wird, um einen vorbestimmten Wert nicht zu überschreiten.
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Es ist vorzuziehen, dass die mehreren
Stufen von primären
Tiefpassfiltern wenigstens ein Filter enthalten, dessen Zeitkonstante
nicht kleiner als 0,05 Hz und nicht größer als 1 Hz ist, und wenigstens
ein Filter, dessen Zeitkonstante nicht kleiner als 1 Hz und nicht
größer als
3 Hz ist.
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Ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen
Servolenksystems gemäß der Erfindung
weist die folgenden Schritte auf:
Erfassen eines durch eine
Lenkradmanipulation erzeugten Lenkmoments;
Erfassen eines Stroms,
der in einem Elektromotor fließt,
der ein Drehmoment zum Unterstützen
des Lenkmoments erzeugt;
Erfassen einer Drehbeschleunigung
des Elektromotors; und
Erfassen eines Straßenoberflächen-Reaktionsmoments zum Erhalten
eines Straßenoberflächen-Reaktionsmomenten-Erfassungswerts durch
Führen
eines Werts, der durch Subtrahieren eines aus der Drehbeschleunigung
in Bezug auf eine Effektivität
einer Lenkwelle berechneten Motorträgheitsmoments von einem Wert
erhalten wird, der durch Addieren des Lenkmoments und eines aus
dem Motorstrom in Bezug auf eine Effektivität einer Lenkwelle berechneten
Motordrehmoments erhalten wird, über
eine Filtereinrichtung, die durch mehrere Stufen von primären Tiefpassfiltern
gebildet ist, die in Reihe geschaltet sind.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm, das ein elektrisches Servolenksystem gemäß einem
Ausführungsbeispiel
1 der Erfindung zeigt.
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2 ist
ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb eines im Blockdiagramm der 1 gezeigten Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektors
zeigt.
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3 ist
ein Blockdiagramm zum Erklären der
Berechnungsoperation des im Blockdiagramm der 1 gezeigten Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektors.
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4 ist
ein Blockdiagramm, das ein elektrisches Servolenksystem gemäß einem
Ausführungsbeispiel
2 zeigt.
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5 ist
ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb eines im Blockdiagramm der 4 gezeigten Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektors
zeigt.
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6 ist
ein Blockdiagramm zum Erklären der
Berechnungsoperation des im Blockdiagramm der 4 gezeigten Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektors.
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7 ist
ein Blockdiagramm, das ein elektrisches Servolenksystem gemäß einem
Ausführungsbeispiel
3 zeigt.
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8 ist
ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb eines im Blockdiagramm der 7 gezeigten Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektors
zeigt.
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9 ist
ein Blockdiagramm zum Erklären der
Berechnungsoperation des im Blockdiagramm der 7 gezeigten Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektors.
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10 ist
ein Blockdiagramm, das ein elektrisches Servolenksystem nach dem
Stand der Technik zeigt.
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11 ist
ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb eines im Blockdiagramm der 10 gezeigten Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektors
zeigt.
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12 ist
ein Blockdiagramm zum Erklären der
Berechnungsoperation des im Blockdiagramm der 10 gezeigten Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektors.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele
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Ausführungsbeispiel 1
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1 ist
ein Blockdiagramm, das ein elektrisches Servolenksystem gemäß einem
Ausführungsbeispiel
1 der Erfindung zeigt. 2 ist
ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb eines im Blockdiagramm der 1 gezeigten Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektors
zeigt.
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Gemäß 1 ist ein Bezugszeichen 10 ein Elektromotor
(der hierin nachfolgend einfach Motor genannt wird) zum Antreiben
des Lenksystems, das nicht gezeigt ist. Ein Bezugszeichen 1 ist
in Lenkmomentendetektor (der Lenkmomenten-Erfassungseinrichtung genannt wird)
zum Erfassen eines Lenkmoments, das durch eine Lenkradmanipulation
durch einen Fahrer, die nicht gezeigt ist, erzeugt wird, und der ein
Lenkmomentensignal ausgibt. Ein Bezugszeichen 2 ist eine
Lenkmomentensteuerung zum Berechnen eines Lenkunterstützungs-Drehmomentensignals
auf der Basis des Lenkmomentensignals. Ein Bezugszeichen 17 ist
ein Rückstellmomentenkompensator,
der ein Lenkrad-Rückstellunterstützungs-Drehmomentensignal
zum Erzeugen eines Drehmoments des Motors 10 in der Richtung
eines Rückstellens
des Lenkrads zu einer Anfangsstelle auf der Basis eines später beschriebenen
Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Signals
ausgibt, das eine Ausgabe eines Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektors 15 ist.
Ein Bezugszeichen 5 ist ein Motorgeschwindigkeitsdetektor,
ein Bezugszeichen 3 ist ein Dämpfungskompensator, der ein
Motorgeschwindigkeitssignal empfängt
und seine Dämpfung
kompensiert. Ein Bezugszeichen 4 ist ein Trägheitskompensator,
ein Bezugszeichen 6 ist ein Motorbeschleunigungsdetektor
(eine Motorbeschleunigungs-Erfassungseinrichtung), ein
Bezugszeichen 7 ist eine Motorstrom-Bestimmungseinheit,
ein Bezugszeichen 9 ist ein Motorantrieb, ein Bezugszeichen 11 ist
ein Motorstromdetektor (eine Motorstrom-Erfassungseinrichtung),
ein Bezugszeichen 12 ist ein erster Addierer, ein Bezugszeichen 13 ist
ein zweiter Addierer und ein Bezugszeichen 14 ist ein Geschwindigkeitsdetektor.
Ein Bezugszeichen 115S ist ein zweiter Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektor
(eine zweite Einrichtung zum Erfassen eines Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmoments),
und ein erklärendes Diagramm
seiner Verarbeitungsoperation ist in 3 gezeigt.
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Vergleicht man 2 mit dem herkömmlichen Ablaufdiagramm der 11 ist nur ein Schritt 51306
unterschiedlich, und die anderen Schritte sind dieselben wie diejenigen
in 11. In diesem Schritt 51306
wird das Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Signal
Trea-est durch Führen
von T'rea-est durch
Tiefpassfilter berechnet, und die Tiefpassfilter sind aus einem
ersten primären
Tiefpassfilter 100 und einem zweiten primären Tiefpassfilter 101 gebildet,
die in Reihe geschaltet sind, wie es in 3 gezeigt ist.
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Das erste primäre Tiefpassfilter 100 ist,
wie es in der Gleichung (6) gezeigt ist, und auf dieselbe Weise
wie bei dem oben beschriebenen herkömmlichen System wird eine Zeitkonstante
T1 so gebildet, dass eine Grenzfrequenz fc = 1/(2π·T1) im
Bereich von 0,05 Hz bis 1,0 Hz sein kann.
dT''rea-est/dt = -T''rea-est/T1 + T'rea-est/T1 ... (6)
wobei
folgendes gilt:
T''rea-est
ist eine Größe im Zwischenzustand
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Andererseits ist das zweite primäre Tiefpassfilter 101,
wie es in der Gleichung (7) gezeigt ist, und eine Zeitkonstante T2
ist so gebildet, dass eine Grenzfrequenz fc = 1/(2π·T2) im
Bereich von 1,0 Hz bis 3,0 Hz sein kann.
dTrea-est/dt = -Trea-est/T2
+ T''rea-est/T2
... (7)
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Das übrige der Operation ist dasselbe
wie dasjenige beim vorangehenden Stand der Technik.
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Wie es bei der vorangehenden Erklärung des Standes
der Technik beschrieben ist, erhöht
der Trägheitsausdruck
(J·f2) seinen Einfluss proportional zum Quadrat
der Frequenz f, während
der Trägheitsausdruck
seinen Einfluss proportional zur Frequenz erhöht, wie es in der Gleichung
(5) gezeigt ist, weil das in 12 gezeigte
herkömmliche
Tiefpassfilter ein primäres
Filter ist. Andererseits ist bei diesem Ausführungsbeispiel das primäre Filter
in zwei Stufen angeordnet, und folglich hängt der Einfluss des Trägheitsausdrucks
nicht von der Frequenz ab, wie es in der folgenden Gleichung (8)
gezeigt ist:
J·f2/ (T1·f
+ 1)/(T2·f
+ 1) ≒ J/(T1·T2) ... (8)
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Zu dieser Zeit zielt das in den Stand
der Technik eingeführte
primäre
Tiefpassfilter darauf ab, einen Kompensationseffekt des Reibungsausdrucks zu
erhalten, und es ist daher nötig,
dass ein Anordnen des Filters in zwei Stufen den Kompensationseffekt
des Reibungsausdrucks verliert.
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Dem gemäß wird die Zeitkonstante des
Filters 100 in der ersten Stufe derart gebildet, dass sie im
Bereich von 0,05 Hz bis 1 Hz ist, und zwar auf dieselbe Weise wie
derjenigen beim herkömmlichen
Filter, und wird die Zeitkonstante des Filters 101 in der zweiten
Stufe derart gebildet, dass sie im Bereich von 1,0 bis 3,0 Hz ist,
in welchem der Motorträgheitsausdruck
beginnt, seinen Einfluss zu erhöhen,
wodurch es möglich
wird, sowohl einen Reibungskompensationseffekt als auch eine Verhinderung
eines Erhöhens bezüglich eines
abgeschätzten Fehlers
eines Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmoments
bei einer hohen Frequenz zu erhalten.
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Das primäre Filter ist in 3 in zwei Stufen angeordnet,
und es ist natürlich
auch vorzuziehen, dass das primäre
Filter in irgendwelchen anderen mehreren Stufen angeordnet ist.
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Wie es oben beschrieben ist, wird
es durch Schalten der primären
Tiefpassfilter einer Vielzahl von Stufen in Reihe möglich, die
Straßenoberflächen-Reaktionskraft
immer genau zu erfassen, und folglich wird es möglich, ein Servolenksystem
zur Verfügung
zu stellen, in welchem selbst dann, wenn eine Manipulation hoher
Frequenz durchgeführt
wird, das Lenkrad-Rückstelldrehmoment
nicht unnatürlich wirkt,
um das Lenkrad schwer zu machen.
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Ausführungsbeispiel 2
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4 ist
ein Blockdiagramm, das ein elektrisches Servolenksystem gemäß einem
Ausführungsbeispiel
2 zeigt, und 5 ist ein
Ablaufdiagramm, das den Betrieb eines Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomentendetektors
zeigt.
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In 4 zeigt
2155 einen vierten Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektor
(der hierin nachfolgend vierte Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Erfassungseinrichtung
genannt wird), und im Ablaufdiagramm der 5 ist der Ablaufschritt 5306 bei
der herkömmlichen
Ansicht zu S2306 geändert. 6 ist ein Blockdiagramm
zum Erklären
der Berechnungsoperation dieses Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektors 215S.
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Beim Ausführungsbeispiel 2 wird im Schritt 52306
T'rea-est durch
einen Begrenzer 104 und das primäre Tiefpassfilter 100 geführt, um
das Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Signal Trea-est zu
berechnen, wie es in 6 gezeigt
ist.
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Zu dieser Zeit begrenzt der Begrenzer 104 den
Abschätzungsfehler
(T'rea-est) beim
Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmoment
vor einem Führen durch
das Tiefpassfilter 100, um innerhalb eines vorbestimmten
Bereichs zu sein, um zu verhindern, dass sich der Abschätzungsfehler
im abgeschätzten
Wert (Trea-est) des Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmoments
aufgrund des Motorträgheitsausdrucks
ungewöhnlich
proportional zur Frequenz erhöht.
Das Tiefpassfilter 100 ist dasselbe primäre Filter
wie dasjenige, das in 12 des
herkömmlichen
Standes der Technik gezeigt ist. Das übrige der Operation ist dasselbe
wie dasjenige beim Stand der Technik.
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T'rea-est
wird nach einem Führen
durch den Begrenzer 104 durch das primäre Tiefpassfilter 100 geführt, und
folglich erhöht
sich der abgeschätzte Wert
(Trea-est) des Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmoments
nicht stark zu einem großen
Wert, und die Straßenoberflächen-Reaktionskraft
wird ohne großen
Fehler erfasst. Als Ergebnis ist es möglich, ein Servolenksystem
zur Verfügung
zu stellen, bei welchem zur Zeit eines Durchführens einer Lenkrad-Rückstellsteuerung
auf der Basis dieses abgeschätzten
Werts der Straßenoberflächen-Reaktionskraft selbst
dann, wenn es ein Lenken ist, das hohe Frequenzkomponenten enthält, das
Lenkrad-Rückstellmoment
nicht ungewöhnlich
wirkt, um das Lenkrad bzw. Lenken schwer zu machen.
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Beim Ausführungsbeispiel 2 ist das Tiefpassfilter 100 dasselbe
primäre
Filter wie dasjenige, das beim vorangehenden Stand der Technik verwendet wird,
ist aber nicht auf dieses primäre
Filter beschränkt.
Eine Vielzahl von primären
Tiefpassfiltern, die auf dieselbe Weise wie beim Ausführungsbeispiel 1
in Reihe geschaltet sind, wird zum Zwecke eines genaueren Erfassens
der Straßenoberflächen-Reaktionskraft verwendet.
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Ausführungsbeispiel 3
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7 ist
ein Blockdiagramm, das ein elektrisches Servolenksystem gemäß einem
Ausführungsbeispiel
3 zeigt, und 8 ist ein
Ablaufdiagramm, das den Betrieb eines im Blockdiagramm der 7 gezeigten Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektors
zeigt.
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In 7 zeigt
3155 einen ersten Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektor
(der erste Einrichtung zum Erfassen eines Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmoments genannt
wird). Es ist zu beachten, dass das von der Ausgangsseite des Motorbeschleunigungsdetektors 6 zum
zweiten Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektor 115S gesendete
Signal in 7 nicht beschrieben ist.
Die Schritte S302 bis S303 in 2 existieren
in 8 nicht, und S305
und S306 in 2 sind jeweils zu
51305 und 51306 geändert.
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9 ist
ein Blockdiagramm zum Erklären der
Berechnungsoperation des Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektors 315S.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
3 werden beim Berechnen des stationären Reaktionskraftsignals T'rea-est im Schritt
S1305, wie es in 9 gezeigt
ist, nur das Lenkmomentensignal Tsens und das Motorstromsignal Imtr
zum Erhalten des stationären
Reaktionskraftsignals T'rea-est
aus der folgenden Gleichung ( 9) verwendet.
T'rea-est = Tsens + Kt·Imtr ... 9 )
Kt:
Drehmomentenkonstante des Motors (berechnet in Bezug auf die Lenkwelle)
-
Als nächstes wird im Schritt S1306
auf dieselbe Weise wie im Schritt S1306 beim vorangehenden Ausführungsbeispiel
1 das vorangehende Signal T'rea-est
durch die Tiefpassfilter geführt,
die aus dem ersten Tiefpassfilter 100 und dem zweiten Tiefpassfilter 101 aufgebaut
sind, die in Reihe geschaltet sind, um das Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmoment Trea-est zu berechnen.
Das übrige
der Operation ist dasselbe wie diejenige beim angegebenen Stand
der Technik.
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Beim Ausführungsbeispiel 3 wird der Trägheitsausdruck
des Motors beim Berechnen des Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmoments nicht berücksichtigt,
aber es gibt keinen großen
Einfluss aufgrund eines Ignorierens des Trägheitsausdrucks des Motors,
weil das Filter in zwei Stufen angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel
3 wird ein Aufbau der Schaltung einfach, und es ist möglich, ein
nicht teures elektrisches Servolenksystem zur Verfügung zu
stellen.
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Beim Ausführungsbeispiel 3 wird auf dieselbe
Weise wie beim Schritt S1306 beim Ausführungsbeispiel 1 das vorangehende
Signal T'rea-est
durch die beiden in Reihe geschalteten Tiefpassfilter geführt, um
das Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmoment
Trea-est zu berechnen, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Es
ist auch vorzuziehen, T'rea-est
durch den Begrenzer und das Tiefpassfilter auf dieselbe Weise wie
beim Schritt S2306 beim Ausführungsbeispiel
2 zu führen,
um das Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Signal
Trea-est zu berechnen. Der Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektor,
der aufgebaut ist, wie es oben beschrieben ist, wird dritter Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Detektor
(eine dritte Einrichtung zum Erfassen eines Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmoments) genannt. Es ist
auch vorzuziehen, dass die Tiefpassfilter aus einer Vielzahl von Tiefpassfiltern
zusammengesetzt sind, die in Reihe geschaltet sind, um die Straßenoberflächen-Reaktionskraft
genauer zu erfassen.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Trägheitsausdruck
des Motors nicht berücksichtigt, und
beispielsweise ist es auch vorzuziehen, dass der Trägheitsausdruck
des Motors und der Stromausdruck (Kt·Imtr) nicht berücksichtigt
werden, wenn der Straßenoberflächen-Reaktionsdrehmomenten-Erfassungswert
unter der Lenkbedingung verwendet wird, dass nur eine sehr geringe
Menge an Strom fließt.
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Bei einem System, das mit einem Elektromotor
und einer Maschine versehen ist, die die Bedingungen erfüllen, dass
das Lenkmoment näherungsweise
proportional zum elektrischen Strom ist, ist die Erfindung natürlich selbst
dann effektiv, wenn nur der Stromausdruck betrachtet wird.