DE60109531T2

DE60109531T2 - Drehmomenterfassungsvorrichtung und elektrische Servolenkung

Info

Publication number: DE60109531T2
Application number: DE60109531T
Authority: DE
Inventors: Yoshitomo Chuo-ku Tokumoto
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2021-07-11
Also published as: US20030121717A1; US20020005316A1; US6543571B2; EP1174328A1; JP2002029431A; DE60109531D1; EP1174328B1; US6691820B2; JP3681324B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Erfindungsgebiet
Diese Erfindung betrifft ein Drehmomenterfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Lenk-Drehmoments, das für den Lenkbetrieb an einer Lenkwelle angelegt wird, und eine elektrische Servolenkung zum Antreiben und Steuern eines Lenkkraft-Servomotors auf der Grundlage des von einer Drehmomenterfassungsvorrichtung erfassten Lenk-Drehmoments.
Beschreibung des Standes der Technik
Eine elektrische Servolenkung, die einen Lenkkraft-Servomotor auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses des für den Lenkbetrieb an einem Lenkrad angelegten Lenk-Drehmoments antreibt und die Dreh-Kraft vom Motor auf einen Lenkmechanismus überträgt, um das Lenken zu unterstützen, kann leichter als eine hydraulische Servolenkung, die als Quelle der unterstützenden Lenkkraft ein hydraulisches Stellglied verwendet, Servokraftmerkmale gemäß einem Laufzustand wie beispielsweise der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Lenkfrequenz steuern. Ein solcher Vorteil hat jüngst eine Tendenz dafür ausgelöst, eine umfangreichere Anwendung der elektrischen Servolenkung zu erlauben.
Ein solche elektrische Servolenkung unterliegt der Notwendigkeit der Erfassung des am Lenkrad angelegten Lenk-Drehmoments. Die Erfassung wird allgemein von Erfassungs-Drehwinkeln an zwei Stellen einer Lenkwelle erfüllt, die in der axialen Richtung der Lenkwelle beabstandet sind, die das Lenkrad und den Lenkmechanismus verbindet. Das Lenk-Drehmoment kann auf der Grundlage einer Differenz zwischen den beiden an zwei Stellen erfassten Drehwinkeln berechnet werden, da die Differenz einer im Verlauf des Lenkbetriebs erzeugten Torsion der Lenkwelle entspricht.
Die Lenkwelle ist aufgebaut, indem eine Eingabewelle an der Lenkradseite und eine Ausgabewelle an der Lenkmechanismusseite mittels einer Torsionsstange kleinen Durchmessers verbunden werden. Ein solcher Aufbau erlaubt, dass gemäß der Torsion der Torsionsstange zwischen der Eingabewelle und der Ausgabewelle eine große Drehwinkel-Differenz entsteht, und dass die Genauigkeit der Berechnung des Lenk-Drehmoments durch die jeweilige Erfassung der Drehwinkel der zwei Wellen erhöht werden kann.
Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 63317702 zeigt eine Drehmomenterfassungsvorrichtung in einer elektrische Servolenkung, die gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1, 4 und 7 bis 10 vorzugsweise für die Erfassung des Lenk-Drehmoments verwendet werden kann. Die Drehmomenterfassungsvorrichtung verfügt über Sensor-Einheiten, die jeweils an Verbindungsteilen der Eingabewelle und der Ausgabewelle bereitgestellt werden. Die Sensor-Einheiten umfassen magnetische Targets, die in der Randrichtung einer Objekt-Drehachse bereitgestellt und die gegen die axiale Richtung der Lenkwelle annähernd gleich geneigt werden, und magnetometrische Sensoren (MR-Sensoren), die an der Außenseite der magnetischen Targets bereitgestellt werden und denselben gegenüberliegen und eine Ausgabe erzeugen, die sich mit jedem Target, das vorbei ist, ändert.
In diesem Aufbau gibt der magnetometrische Sensor in den Sensor-Einheiten eine Spannung aus, die sich, wenn jedes Target vorbei ist, linear mit einem Gefälle ändert, das der Neigung der in der Randrichtung der Eingabewelle und der Ausgabewelle gesetzten Targets entspricht. Die Drehwinkel der Eingabewelle und der Ausgabewelle können auf der Grundlage der Ausgabe von jedem entsprechenden magnetometrischen Sensor in einem kontaktlosen Modus erfasst werden. Das durch den Betrieb des Lenkrads an der Eingabewelle angelegte Lenk-Drehmoment wird solchermaßen auf der Grundlage der Differenz zwischen den Drehwinkeln der beiden Wellen berechnet, die als Ausgabedifferenz zwischen den magnetometrischen Sensoren erhalten wird, die der Eingabewelle und der Ausgabewelle entsprechen.
Zum Steuern des Lenkkraft-Servomotors in der elektrischen Servolenkung muss die Größe des am Lenkrad angelegten Lenk-Drehmoments sowie die Richtung des Lenk-Drehmoments nämlich abhängig davon erfasst werden, ob das Lenken nach links oder nach rechts durchgeführt wird. Die wie oben aufgebaute Drehmomenterfassungsvorrichtung beurteilt die Richtung des Lenk-Drehmoments, indem es den Drehwinkel der Eingabewelle mit dem der Ausgabewelle vergleicht. Die elektrische Servolenkung beurteilt, dass das Lenk-Drehmoment in der Richtung angelegt wird, in der die Eingabewelle der Ausgabewelle vorausgeht.
Zusätzlich zum eigentlichen Eingabe-Drehmoment (Lenk-Drehmoment), das gemäß dem Lenkbetrieb von der Eingabewelle an der Lenkradseite angelegt wird, wirkt die an einem Rad zum Lenken angelegte Reaktions-Kraft von der Straßenoberfläche als Eingabedrehmoment (nachstehend "entgegengesetzt gerichtetes Eingabedrehmoment") von der Ausgabewelle an der Lenkmechanismusseite auf die Lenkwelle eines fahrenden Fahrzeugs. Beim Geradeausfahren ohne Drehen des Lenkrads kann z. B. das entgegengesetzt gerichtete Eingabedrehmoment von der wie oben beschrieben aufgebauten Drehmomenterfassungsvorrichtung erfasst werden, wenn das Fahrzeug auf einer rauhen Straßenoberfläche fährt und ein großes entgegengesetzt gerichtetes Eingabedrehmoment angelegt wird.
Das entgegengesetzt gerichtete Eingabedrehmoment wird so angelegt, dass die Drehung der Ausgabewellenseite der der Eingabewellenseite vorausgeht, während das eigentliche Lenk-Drehmoment so angelegt wird, dass die Rotation der Eingabewellenseite der der Ausgabewellenseite vorausgeht. Folglich wird bei der Beurteilung der Drehmomentrichtung auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses durch die Drehmomenterfassungsvorrichtung das entgegengesetzt gerichtete Drehmoment als das in der Richtung angelegte Lenk-Drehmoment beurteilt, in der das Lenkrad durch die Tätigkeit der Reaktionskraft von der Straßenoberfläche mit Energie beaufschlagt wird. Wenn der Lenkkraft-Servomotor gemäß einer solchen Drehmoment-Erfassung angetrieben wird, wird die Antriebskraft des Motors in derselben Richtung wie das entgegengesetzt gerichtete Eingabedrehmoment am Lenkmechanismus angelegt, und der Fahrer am Lenkrad fühlt sich so, als ob das primäre entgegengesetzt gerichtete Eingabedrehmoment unterstützt wird. Der herkömmliche Stand der Technik hat solchermaßen ein Problem damit, dass eine Verschlechterung des Lenk-Gefühls verursacht wird.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um den oben erwähnten problematischen Punkt zu bewältigen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Drehmomenterfassungsvorrichtung bereitzustellen, um das Lenk-Drehmoment zu erfassen, das von der Lenkradseite an der Lenkwelle angelegt wird, die das Lenkrad und den Lenkmechanismus verbindet, und getrennt davon das entgegengesetzt gerichtete Eingabedrehmoment zu erfassen, das von der Lenkmechanismusseite an der Lenkwelle angelegt wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Servolenkung bereitzustellen, das die Verschlechterung des Lenkgefühls verhindern kann, wenn das entgegengesetzt gerichtete Eingabedrehmoment wirkt, indem der Lenkkraft-Servomotor in einer Richtung angetrieben wird, damit das entgegengesetzt gerichtete Eingabedrehmoment gelöscht wird, oder indem der Lenkkraft-Servomotor nicht angetrieben wird.
Eine Drehmomenterfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beurteilt, dass das entgegengesetzt gerichtete Eingabedrehmoment an einer Lenkwelle angelegt wird, die das Lenkrad und den Lenkmechanismus verbindet, wenn zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und zwei Winkel-Geschwindigkeiten, die an zwei Stellen berechnet werden, die sich in der axialen Richtung der Lenkwelle voneinander beabstandet befinden, eine vorbestimmte Wechselbeziehung besteht. Die Drehmomenterfassungsvorrichtung versucht, den falschen Steuerbetrieb zu verhindern, indem das auf eine vorbestimmte Weise berechnete Drehmoment der Servokraft wie folgt ausgegeben wird. Wenn das entgegengesetzt gerichtete Eingabedrehmoment wirkt, wird das Drehmoment der Servokraft berechnet, indem die Richtung des erfassten Drehmoments inver tiert oder indem die Richtung des Drehmoments invertiert wird, die durch das Multiplizieren des erfassten Drehmoments erhalten wird, oder auf Null wird festgelegt.
Eine elektrische Servolenkung gemäß der vorliegenden Erfindung versucht, die durch die Tätigkeit des entgegengesetzt gerichteten Eingabedrehmoments bewirkte Verschlechterung des Lenk-Gefühls zu verhindern. Elektrische Servolenkung erfasst das eigentliche Lenk-Drehmoment und unabhängig davon das entgegengesetzt gerichtete Eingabedrehmoment auf dieselbe Weise wie die Drehmomenterfassungsvorrichtung und treibt den Lenkkraft-Servomotor entgegengesetzt zur Richtung der erfassten Drehmomentrichtung an, und zwar gemäß dem Drehmoment der Servokraft, das von der Drehmomenterfassungsvorrichtung ausgegeben wird, wenn das entgegengesetzt gerichtete Eingabedrehmoment erfasst wird, oder treibt den Motor nicht an.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und Zeichnung ersichtlicher.
KURZE BESCHREIBUNG MEHRERER ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Darstellung einer elektrischen Servolenkung, die gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Drehmomenterfassungsvorrichtung bereitgestellt wird;
2 ist ein Graph, der ein Beispiel der Ausgabespannungs-Änderung eines magnetometrischen Sensors zeigt;
3 ist ein Flussdiagramm, das die Wirkungsweise einer Antriebssteuereinheit gemäß Beispiel 1 zeigt;
4 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für ein Diskriminanten-Kennfeld für das Unterscheiden des berechneten Drehmoments darstellt;
5 ist ein Flussdiagramm, das die Wirkungsweise einer Antriebssteuereinheit gemäß Beispiel 2 zeigt; und
6 ist ein Flussdiagramm, das die Wirkungsweise einer Antriebssteuereinheit gemäß Beispiel 3 zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Hiernach wird die vorliegende Erfindung konkret auf der Grundlage der Zeichnungen beschrieben, die ihre Ausführungsformen zeigen.
1 ist eine schematische Darstellung einer elektrischen Servolenkung, die gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Drehmomenterfassungsvorrichtung bereitgestellt wird. Wie in der Figur gezeigt, werden eine Eingabewelle 31, die an ihrem oberen Ende mit einem Lenkrad 30 für den Lenkbetrieb verbunden wird, und eine Ausgabewelle 32, die mit einem unten beschriebenen Zahnrad 40 eines Lenkmechanismus 4 verbunden wird, mittels einer Torsionsstange 33 kleinen Durchmessers verbunden, um eine Lenkwelle 3 aufzubauen, die das Lenkrad 30 und den Lenkmechanismus 4 verbindet.
Der Lenkmechanismus 4 ist als Lenkmechanismus eines Zahnstangengetriebes aufgebaut, das das Zahnrad 40 und eine Zahnradwelle 41 hat, die mit dem Zahnrad 40 verzahnt ist. Die Zahnradwelle 41 ragt links und rechts von einem Fahrzeug, das nicht gezeigt ist, hinaus und wird jeweils mittels Spurstangen 42, 42 an rechten und linken Enden davon mit Rädern zum Lenken 43, 43 (Räder zum Lenken sind im allgemeinen Vorderräder) verbunden. In diesem Aufbau erzeugt das Drehen des Lenkrads 30 die Drehung des Zahnrads 40, und die mittels der Lenkwelle 3 übertragene Rotation wird dann in eine Bewegung axialer Richtung der mit dem Zahnrad 40 verzahnten Zahnradwelle 41 umgewandelt. Die Bewegung der Zahnradwelle 41 wird mittels der Spurstangen 42, 42 auf die Räder zum Lenken 43, 43 übertragen und die Richtung des Rads 43, 43 gesteuert.
Der Lenkmechanismus 4 ist als eine elektrische Servolenkung aufgebaut, um den oben erwähnten Lenkbetrieb durch einen Lenkkraft-Servomotor M zu unterstützen. Der Lenkkraft-Servomotor M wird in der Mitte der Lenkwelle 3 bereitgestellt, und eine Schnecke 34, die an eine Ausgabe des Motors M passt, greift in ein Schneckenrad 35, das an der Mitte der Ausgabewelle 32 befestigt wird. In diesem Aufbau wird die Rotation des Motors M mittels der Schnecke 34 und des Schneckenrads 35 auf die Aus gabewelle 32 übertragen, und das Drehmoment wird dem Zahnrad 40 zugeführt, das mit dem unteren Ende der Ausgabewelle 32 verbunden ist. Das Lenken wird gemäß der Drehung unterstützt.
Eine Drehmomenterfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist wie unten beschrieben nahe an einem Verbindungsteil der Eingabewelle 31 und der Ausgabewelle 32 aufgebaut, um das durch den Betrieb des Lenkrads 30 an der Lenkwelle 3 angelegte Lenk-Drehmoment zu erfassen.
Ein scheibenförmiger Target-Ring 2, der über daran integral geformte mehrere Target-Zahnräder 20, 20 ... (1 zeigt zehn) verfügt, wird koaxial mit der Eingabewelle 31 befestigt, und zwar in der Nähe des Verbindungsteils mit der Ausgabewelle 32. Die Target-Zahnräder 20, 20 ... sind magnetische Vorsprünge, die etwa am selben Winkel in derselben Richtung gegen die axiale Richtung der Eingabewelle 31 geneigt sind, an der der Target-Ring 2 befestigt ist. Die Target-Zahnräder 20, 20 ... sind in einer Randrichtung des Target-Rings 2 in regelmäßigen Abständen angeordnet.
Derselbe Target-Ring 2 wird in der Nähe des Verbindungsteils mit der Eingabewelle 31 auch an der Ausgabewelle 32 befestigt. Der Target-Ring 2 verfügt an seinem Rand über mehrere Target-Zahnräder 20, 20 ..., die etwa am selben Winkel gegen die axiale Richtung der Ausgabewelle 32 geneigt sind, an der der Target-Ring 2 befestigt ist. Die Randstellungen der Target-Zahnräder 20, 20 ... an der Ausgabewelle 32 werden in Bezug auf Stellungen der Target-Zahnräder 20, 20 ... auf der Eingabewelle 31 eingestellt.
Zwei Sensor-Kästchen 1A, 1B werden außen an den Target-Ringen 2, 2 bereitgestellt, die am Rand von verschiedenen Stellen aus der angeordneten Stelle einer jeden Gruppe an Target-Zahnrädern 20, 20 ... gegenüberliegen. Die Sensor-Kästchen 1A, 1B sind an einem stabilen Teil wie einem Gehäuse zum Stützen der Eingabewelle 31 und der Ausgabewelle 32 angebracht. Ein magnetometrischer Sensor 1A, der den Target-Zahnrädern 20, 20 ... an der Eingabewellenseite 31 gegenüberliegt, und ein magnetometrischer Sensor 1B, der den Target-Zahnrädern 20, 20 ... an der Ausgabewellenseite 32 gegenüberliegt, werden im Sensor-Kästchen 1A angeordnet, wobei ihre Randrichtungen eingestellt werden. Auch ein magnetometrischer Sensor 2A, der den Target-Zahnrädern 20, 20 ... an der Eingabewellenseite 31 gegenüberliegt, und ein magnetometrischer Sensor 2B, der den Target-Zahnrädern 20, 20 ... an der Ausgabewellenseite 32 gegenüberliegt, werden im Sensor-Kästchen 1B angeordnet, wobei ihre Randrichtungen eingestellt werden.
Die magnetometrischen Sensoren 1A, 1B, 2A, 2B sind aufgebaut, um die Ausgabespannung gemäß der Änderung eines am Rand bestehenden Magnetfelds zu ändern, indem ein Element verwendet wird, das durch die Tätigkeit des Magnetfelds ein elektrisches Merkmal davon ändert, wie beispielsweise ein Magnetwiderstand-Effekt-Element (MR-Element). Ausgaben V1A, V1B, V2A, V2B der magnetometrischen Sensoren 1A, 1B, 2A, 2B werden von den Sensor-Kästchen 1A, 1B an eine Antriebssteuereinheit 5 übertragen, die einen Mikroprozessor umfasst.
2 ist ein Graph, der ein Beispiel für die Ausgabespannungsänderung der magnetometrischen Sensoren 1A, 1B, 2A, 2B zeigt. Die Abszissenachse zeigt einen Drehwinkel der Eingabewelle 31 oder der Ausgabewelle 32. Eine durchgezogene Linie in der Figur zeigt die Ausgabespannung V_1A, V_2A der magnetometrischen Sensoren 1A, 2A an der Eingabewellenseite, während eine gestrichelte Linie in der Figur die Ausgabespannung V_1B, V_2B der magnetometrischen Sensoren 1B, 2B an der Ausgabewellenseite 32 zeigt.
Wie oben erwähnt, sind die Target-Zahnräder 20, 20 ..., denen die magnetometrischen Sensoren 1A, 1B, 2A, 2B gegenüberliegen, magnetische Vorsprünge, die bei etwa demselben Winkel in derselben Richtung gegen die axiale Richtung der Eingabewelle 31 und der Ausgabewelle 32 geneigt sind, und zwischen jeweils zwei Target-Zahnrädern 20, 20 existiert ein unterbrochenes Teil. Wenn die Eingabewelle 31 und die Ausgabewelle 32 auf einer Achse davon rotieren, gibt so jeder magnetometrische Sensor 1A, 1B, 2A, 2B ein Spannungssignal aus, das sich gemäß der Änderung des Drehwinkels der Eingabewelle 31 oder der Ausgabewelle 32 linear ändert, wenn die entsprechenden Target-Zahnräder 20, 20 ... passiert werden, und gibt ein Spannungssignal aus, das sich gemäß der Änderung des Drehwinkels nicht linear ändert, wenn die unterbrochenen Teile passiert werden.
Als Ergebnis schließt die Ausgabespannung der magnetometrischen Sensoren 1A, 1B, 2A, 2B einen Bereich ein, in dem sich die Ausgabespannung linear ändert, wenn jedes Target-Zahnrad 20 passiert wird (ein linearer Änderungsbereich), und einen Bereich, in dem sich die Ausgabespannung nicht linear ändert, wenn das unterbrochene Teil zwischen den Target-Zahnrädern 20, 20 passiert wird (ein nicht linearer Änderungsbereich), wobei der lineare Änderungsbereich und der nicht lineare Änderungsbereich, wie in 2 gezeigt, wechselseitig und wiederholt zu sehen sind. Eine Periode der Wiederholung des linearen Änderungsbereichs und des nicht linearen Änderungsbereichs entspricht der Anzahl der Target-Zahnräder 20, 20 ..., die am Rand des Target-Rings 2 angeordnet sind. Wenn zehn Target-Zahnräder 20, 20 ... am Rand des Target-Rings 2 angeordnet sind, entsteht eine Wiederholung mit einer Periode, die dem Drehwinkel von 36° (= 360°/10) der Eingabewelle 31 oder der Ausgabewelle 32 entspricht.
Die Ausgabespannungen V_1A, V_2A der magnetometrischen Sensoren 1A, 2A entsprechen dem Drehwinkel der Eingabewelle 31, die mit den Target-Zahnrädern 20, 20 ... bereitgestellt wird, denen die Sensoren 1A, 2A gegenüberliegen, während die Ausgabespannungen V_1B, V_2B der magnetometrischen Sensoren 1B, 2B dem Drehwinkel der Ausgabewelle 32 entsprechen, die mit den Target-Zahnrädern 20, 20 ... bereitgestellt wird, denen die Sensoren 1B, 2B gegenüberliegen. Eine Differenz ΔV₁ zwischen der Ausgabespannung V_1A des magnetometrischen Sensors 1A und der Ausgabespannung V_1B des magnetometrischen Sensors 1B (= V_1A – V_1B) oder eine Differenz ΔV₂ zwischen der Ausgabespannung V_2A des magnetometrischen Sensors 2A und der Ausgabespannung V_2B des magnetometrischen Sensors 2B (= V_2A – V_2B) entspricht der Versetzungsgröße in der Randrichtung (relative Winkelversetzung), die zwischen den Target-Zahnrädern 20, 20 ... an der Eingabewellenseite 31 und den Target-Zahnrädern 20, 20 ... an der Ausgabewellenseite 32 entsteht. Die relative Winkelversetzung entspricht der Drehgröße einer die Eingabewelle 31 und die Ausgabewelle 32 ver bindenen Torsionsstange 33, die durch die Tätigkeit des an der Eingabewelle 31 angelegten Lenk-Drehmoments erzeugt wird. Folglich kann das an der Eingabewelle 31 angelegte Lenk-Drehmoment auf der Grundlage der Differenz zwischen den Ausgabespannungen ΔV₁ oder ΔV₂ berechnet werden.
Eine solche Berechnung des Lenk-Drehmoments wird an der Antriebssteuereinheit 5 durchgeführt, der die Ausgabespannungen der magnetometrischen Sensoren 1A, 1B, 2A, 2B zugeführt werden. Die Berechnungsschritte werden vom vorliegenden Anmelder vollständig in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2000-352502 beschrieben und hierin weggelassen. Kurz zusammengefasst, wird die Größe des Lenk-Drehmoments auf der Grundlage eines absoluten Werts der Differenz zwischen den Ausgabespannungen ΔV₁ oder ΔV₂ berechnet, und eine Richtung des Lenk-Drehmoments wird auf der Grundlage des positiven oder negativen Vorzeichens von ΔV₁ oder ΔV₂ beurteilt.
Zwei Paare an magnetometrischen Sensoren 1A, 2A und 1B, 2B werden am Rand der Target-Zahnräder 20, 20 ... an der Eingabewellenseite 31 und der Ausgabewellenseite 32 angeordnet, um die Ausgabe eines falschen Lenk-Drehmoments über eine unzuverlässige Ausgabe am in 2 gezeigten nicht linearen Änderungsbereich zu vermeiden. Zwei magnetometrische Sensoren 1A, 1B in einem Sensor-Kästchen 1A und zwei magnetometrische Sensoren 2A, 2B im anderen Sensor-Kästchen 1B werden mit ihren in der Randrichtung versetzten Phasen eingestellt. In diesem Aufbau ist, wenn sich ein Paar an Ausgaben (V_1A, V_1B) im nicht linearen Änderungsbereich befindet, das andere Paar an Ausgaben (V_2A, V_2B) im linearen Änderungsbereich. Ein Paar, dessen Ausgaben im linearen Änderungsbereich liegen, wird von den magnetometrischen Sensoren 1A, 1B und den magnetometrischen Sensoren 2A, 2B ausgewählt, und das Lenk-Drehmoment wird auf der Grundlage der Ausgabedifferenz des ausgewählten Paares an der Antriebssteuereinheit 5 berechnet.
Die Ausgabe von der Antriebssteuereinheit 5 wird an den Lenkkraft-Servomotor M übertragen, der, wie oben erwähnt, in der Mitte der Ausgabewelle 32 bereitgestellt wird. Die Antriebssteuereinheit 5 unterstützt grundsätzlich das Lenken durch das Antreiben des Motors M, damit gemäß der Größe des Lenk-Dreh moments die Dreh-Kraft in derselben Richtung wie das berechnete Lenk-Drehmoment erzeugt wird. Wie oben beschrieben, wird die Dreh-Kraft des Motors M mittels der Schnecke 34 und des Schneckenrads 35 auf die Ausgabewelle 32 übertragen. Die Lenkunterstützung wird erreicht, wenn die Dreh-Kraft am Zahnrad 40 angelegt wird, das am unteren Ende der Ausgabewelle 32 angeordnet wird.
Jedoch wird die Drehmomentberechnung nicht nur für das eigentliche Lenk-Drehmoment durchgeführt, das in Übereinstimmung mit dem Betrieb des Lenkrads 30 von der Eingabewellenseite 31 angelegt wird, sondern auch für das entgegengesetzt gerichtete Eingabedrehmoment durchgeführt, das, wie oben erwähnt, von der Ausgabewelle 32 in Übereinstimmung mit der Reaktionskraft von der Straßenoberfläche auf die Räder für das Lenken 43, 43 angelegt wird. Wenn der Lenkkraft-Servomotor auf der Grundlage des berechneten entgegengesetzt gerichteten Eingabedrehmoments angetrieben wird, wird das Eingabedrehmoment durch die Dreh-Kraft unterstützt, die vom Motor M am Lenkmechanismus angelegt wird. Eine solche Unterstützung kann eine Verschlechterung des Lenkgefühls verursachen.
Die Antriebssteuereinheit 5 ist aufgebaut, um zu unterscheiden, ob eine von den magnetometrischen Sensoren 1A, 1B, 2A, 2B übertragene Ausgabespannung eine Ausgabespannung ist, die vom eigentlichen Lenk-Drehmoment erzeugt wird, oder eine Ausgabespannung ist, die vom entgegengesetzt gerichteten Eingabedrehmoment erzeugt wird, und um den Motor M gemäß dem Unterscheidungsergebnis anzutreiben und zu steuern. Die Ausgabe von einem Geschwindigkeitssensor 6 zum Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit wird ebenfalls an der Eingangsseite der Antriebssteuereinheit 5 angelegt. Die vom Geschwindigkeitssensor 6 erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit wird für die Drehmomentunterscheidung verwendet.
3 ist ein Flussdiagramm, das die Wirkungsweise einer Antriebssteuereinheit 5 gemäß Beispiel 1 zeigt. Die Antriebssteuereinheit 5 startet den Betrieb als Reaktion auf die Energiezufuhr durch das Andrehen des Zündschlüssels und holt sich die Ausgabespannung V_1A, V_1B der magnetometrischen Sensoren 1A, 1B und die Ausgabespannung V_2A, V_2B der magnetometrischen Sensoren 2A, 2B für eine vorbestimmte Abtastperiode (Schritt 1). Die Antriebssteuereinheit 5 berechnet das an der Lenkwelle 3 angelegte Drehmoment T auf der Grundlage einer Ausgabedifferenz ΔV₁ oder ΔV₂, die sich in einem linearen Änderungsbereich befindet.
Die Antriebssteuereinheit 5 prüft, ob sich das im Schritt 2 berechnete Drehmoment T in einem vorbestimmten Totbereich ΔT befindet (Schritt 3). Wenn das berechnete Drehmoment T im Totbereich ΔT liegt, kehrt das Verfahren zum Schritt 1 zurück, ohne die unten beschriebenen Schritte durchzuführen, und holt sich die nächste Ausgabespannung.
Wenn sich das berechnete Drehmoment T jenseits vom Totbereich ΔT befindet, holt sich die Antriebssteuereinheit 5 eine Ausgabe vom mit der Eingangsseite verbundenen Geschwindigkeitssensor 6, berechnet die bestehende Fahrzeuggeschwindigkeit (Schritt 4) und berechnet die Winkelgeschwindigkeiten ω1 und ω2 der Eingabewelle 31 und der Ausgabewelle 32 auf der Grundlage der Ausgabespannungen der magnetometrischen Sensoren, z. B. die Ausgabespannungen V_1A, V_1B der magnetometrischen Sensoren 1A, 1B, die für das Berechnen des Drehmoments verwendet werden (Schritt 5). Durch das Anlegen eines solchen Berechnungsergebnisses und der Fahrzeuggeschwindigkeit auf einem vorbestimmten Kennfeld, unterscheidet die Antriebssteuereinheit 5, ob das berechnete Drehmoment T das von der Lenkradseite 30 angelegte Lenk-Drehmoment oder das von der Lenkmechanismusseite 4 angelegte entgegengesetzt gerichtete Eingabedrehmoment ist (Schritt 6).
Die Ausgabespannungen V_1A, V_1B der magnetometrischen Sensoren 1A, 1B entsprechen den Drehwinkeln der Eingabewelle 31 und der Ausgabewelle 32, denen gegenüberliegend die magnetometrischen Sensoren 1A, 1B gesetzt werden, und die Winkelgeschwindigkeiten ω1 und ω2 werden leicht berechnet, indem die Ausgabespannungen V_1A, V_1B durch die Zeit differenziert werden.
4 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für ein Diskriminanten-Kennfeld zum Unterscheiden des im Schritt 6 berechneten Drehmoments T darstellt. Wie in der Figur gezeigt, drückt das Diskriminanten-Kennfeld auf dreidimensionalen Koordinaten-Achsen drei Veränderliche aus: eine Winkelgeschwindigkeit der Einga bewelle 31; eine Winkelgeschwindigkeit der Ausgabewelle 32; und die Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Unterscheidung wird durch das Anlegen eines Zustandspunkts an ein vorbestimmtes Kennfeld durchgeführt, der mit der Verbindung der im Schritt 5 berechneten Winkelgeschwindigkeiten ω1 und ω2 und der im Schritt 4 erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit v entschieden wird, und indem geprüft wird, ob sich der Zustandspunkt in einem entgegengesetzt gerichteten Eingabebereich A befindet, der in der Figur z. B. gestrichelt ist. Wenn sich der Zustandspunkt jenseits vom entgegengesetzt gerichteten Bereich A befindet, wird das berechnete Drehmoment T als das am Lenkrad 30 für das Lenken angelegte Lenk-Drehmoment unterschieden, während, wenn sich der Zustandspunkt im entgegengesetzt gerichteten Bereich A befindet, das berechnete Drehmoment T als das entgegengesetzt gerichtete Drehmoment unterschieden wird, das durch die Tätigkeit der Störungskraft wie beispielsweise der Reaktionskraft von der Straßenoberfläche von der Lenkmechanismusseite 4 aus angelegt wird.
Der entgegengesetzte Eingabebereich A deckt Fälle ab, in denen die Fahrzeuggeschwindigkeit v relativ hoch ist und die Winkelgeschwindigkeit ω2 der Ausgabewellenseite 32 größer ist als die Winkelgeschwindigkeit ω1 der Eingabewellenseite 31. Wenn das entgegengesetzt gerichtete Eingabedrehmoment durch die Störungskraft wie beispielsweise die Reaktionskraft von der Straßenoberfläche erzeugt wird, rotiert die Ausgabewelle 32 vor der Eingabewelle 31 in Richtung entgegengesetzt gerichtetes Eingabedrehmoment. Die Ausgabewelle 32 rotiert auch vor der Eingabewelle 31, wenn das Lenk-Drehmoment durch das Drehen des Lenkrads 30 in die entgegengesetzte Richtung erzeugt wird.
Ein Unterschied zwischen den beiden oben erwähnten Situationen ist der, dass, wenn das Lenk-Drehmoment wirkt, die Winkelgeschwindigkeit der Eingabewelle 31 größer ist als die Winkelgeschwindigkeit der Ausgabewelle 32, während, wenn das entgegengesetzt gerichtete Drehmoment wirkt, die Winkelgeschwindigkeit der Ausgabewelle 32, die eine Eingangsseite des entgegengesetzt gerichteten Drehmoments ist, größer ist als die Winkelgeschwindigkeit der Eingabewelle 31. Der auf der Grundlage des Unterschieds eingestellte entgegengesetzt gerichtete Bereich A ermöglicht die Unterscheidung des erfassten Drehmoments T.
Der entgegengesetzt gerichtete Eingabebereich A wird nur für die Fälle eingestellt, in denen die Fahrzeuggeschwindigkeit hoch ist, da die vom entgegengesetzt gerichteten Eingabedrehmoment bewirkte Verschlechterung des Lenkgefühls nur beim Fahren bei hoher Geschwindigkeit zum Vorschein kommt. Es ist vorzuziehen, dass ein praktischer entgegengesetzt gerichteter Eingabebereich A in Bezug auf ein Ergebnis eines mit dem eigentlichen Fahrzeug durchgeführten Fahrtests entschieden wird.
Wenn das berechnete Drehmoment T in Schritt 6 als das Lenk-Drehmoment unterschieden ist, wird das berechnete Drehmoment T als Drehmoment der Servokraft To eingestellt (Schritt 7), während, wenn das berechnete Drehmoment T als entgegengesetzt gerichtetes Drehmoment unterschieden wird, das Drehmoment mit einem zum berechneten Drehmoment T entgegengesetzten Zeichen als Drehmoment der Servokraft To eingestellt (Schritt 8). Die Antriebssteuereinheit 5 gibt einen Befehl für den Betrieb des Lenkkraft-Servomotors M aus und treibt den Motor M an, eine Servokraft in Richtung des Drehmoments der Servokraft To zu erzeugen (Schritt 9). Das Verfahren wird dann zum Schritt 1 zurückgeführt.
In den oben beschriebenen Schritten wird, wenn das entgegengesetzt gerichtete Drehmoment wirkt, der Lenkkraft-Servomotor M in einer Richtung angetrieben, damit das entgegengesetzt gerichtete Eingabedrehmoment gelöscht wird. Beim Geradeausfahren ohne Drehen des Lenkrads vermindert ein solcher Motorantrieb das körperliche Empfinden des entgegengesetzt gerichteten Drehmoments aus der Tätigkeit der Störungskraft von der Straßenoberfläche. Die oben erwähnten Schritte erzielen solchermaßen ein zufriedenstellendes Lenkgefühl.
5 ist ein Flussdiagramm, das die Wirkungsweise einer Antriebssteuereinheit 5 gemäß Beispiel 2 zeigt. In 5 werden die gleichen Nummern der Schritte verwendet, um auf die in 3 gezeigten gleichen Schritte Bezug zu nehmen. Bei einer Antriebssteuereinheit 5 gemäß Beispiel 2 wird das Drehmoment der Servokraft To entschieden, indem neben dem Invertieren des Zeichens des berechneten Drehmoments T das berechnete Drehmoment T mit einen Koeffizienten k multipliziert wird (Schritt 18), wenn das entgegengesetzt gerichtete Drehmoment erfasst wird. Das Löschen des entgegengesetzt gerichteten Drehmoments wird durch die Änderung des Koeffizienten k als positiv oder negativ gesteuert.
6 ist ein Flussdiagramm, das die Wirkungsweise einer Antriebssteuereinheit 5 gemäß Beispiel 3 zeigt. In 6 werden die gleichen Nummern der Schritte verwendet, um auf die in 3 gezeigten gleichen Schritte zu verweisen. Bei einer Antriebssteuereinheit 5 gemäß Beispiel 3 wird das Drehmoment der Servokraft To immer auf Null eingestellt (Schritt 28), wenn das entgegengesetzt gerichtete Drehmoment erfasst wird. Der Lenkkraft-Servomotor M wird solchermaßen nicht angetrieben, wenn das entgegengesetzt gerichtete Drehmoment wirkt.
Obwohl eine in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2000-352502 vom vorliegenden Anmelder vorgeschlagene Drehmomenterfassungsvorrichtung in den obigen Ausführungsformen verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung an alle Drehmomenterfassungsvorrichtungen anlegbar, die aufgebaut sind, um das Lenk-Drehmoment auf der Grundlage einer Differenz zwischen den Drehwinkeln zu berechnen, die jeweils an zwei Stellen an der Lenkwelle 3 erfasst werden.
Die Fachleute auf dem Gebiet werden weiterhin verstehen, dass die vorherige Beschreibung eine bevorzugte Ausführungsform der offenbarten Vorrichtung darstellt, und dass verschiedene Änderungen und Modifikationen in der Erfindung vorgenommen werden können, ohne sich vom Schutzumfang der Ansprüche zu lösen.
Wenn technische Merkmale in den Ansprüchen mit Bezugszeichen versehen sind, so sind diese Bezugszeichen lediglich zum besseren Verständnis der Ansprüche vorhanden und dementsprechend stellen solche Bezugszeichen keine Einschränkungen des Schutzumfangs solcher Elemente dar, die nur exemplarisch durch solche Bezugszeichen gekennzeichnet sind.

Claims

Eine Drehmomenterfassungsvorrichtung, die folgendes umfasst: einen ersten Drehwinkelsensor (1A oder 2A) und einen zweiten Drehwinkelsensor (1B oder 2B) zum Erfassen der Drehwinkel einer Lenkwelle (3), die einen Lenkmechanismus (4) und ein Lenkrad (30) eines Fahrzeugs verbindet, und zwar an zwei Stellen, die in der axialen Richtung der Lenkwelle (3) voneinander beabstandet sind; und ein Drehmoment-Berechnungsmittel zum Berechnen einer Größe und einer Richtung des am Lenkrad (30) angelegten Lenk-Drehmoments auf der Grundlage einer Differenz zwischen den vom ersten Drehwinkelsensor (1A oder 2A) und vom zweiten Drehwinkelsensor (1B oder 2B) erfassten Drehwinkeln, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin folgendes umfasst: einen Geschwindigkeitssensor (6) zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit; ein Winkelgeschwindigkeit-Berechnungsmittel zum Berechnen der Winkelgeschwindigkeiten der Lenkwelle (3) an jeweiligen Erfassungsstellen davon auf der Grundlage der Erfassungsergebnisse des ersten Drehwinkelsensors (1A oder 2A) und des zweiten Drehwinkelsensors (1B oder 2B); ein Unterscheidungsmittel, um zu unterscheiden, ob zwischen den vom Winkelgeschwindigkeit-Berechnungsmittel berechneten Winkelgeschwindigkeiten und der vom Geschwindigkeitssensor (6) erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit eine vorbestimmte Beziehung besteht oder nicht; und ein Mittel zum Invertieren der Richtung des vom Drehmoment-Berechnungsmittel berechneten Lenk-Drehmoments, wenn die vorbestimmte Beziehung durch das Unterscheidungsmittel als bestehend unterschieden wird.
Eine Drehmomenterfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, worin das Winkelgeschwindigkeit-Berechnungsmittel die Winkelgeschwindigkeiten der Eingabewelle (31) und der Ausgabewelle (32) berechnet, indem durch die Zeit jeweils Ausgaben des ersten Drehwinkelsensors (1A oder 2A) und des zweiten Drehwinkelsensors (1B oder 2B) differenziert werden.
Eine Drehmomenterfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, worin das Unterscheidungsmittel unterscheidet, ob das erfasste Drehmoment das am Lenkrad (30) angelegte Lenk-Drehmoment oder das von einer Störkraft bewirkte umgekehrte Eingabedrehmoment ist, indem ein Zustandspunkt, der durch eine Kombination aus den berechneten Winkelgeschwindigkeiten und der erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit entschieden wird, an ein Diskriminanten-Kennfeld angelegt wird, das auf dreidimensionalen Koordinatenachsen drei Veränderliche ausdrückt: eine Winkelgeschwindigkeit der Eingabewelle (31); eine Winkelgeschwindigkeit der Ausgabewelle (32); und die Fahrzeuggeschwindigkeit.
Elektrische Servolenkung, die eine Drehmomenterfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 umfasst, worin die elektrische Servolenkung ein Mittel zum Antreiben und Steuern eines Lenkkraft-Servomotors umfasst, das dem Lenkmechanismus (4) bereitgestellt wird, um gemäß einer Richtung und eines Betrags des berechneten Lenk-Drehmoments eine Servokraft am Lenkmechanismus (4) anzulegen.
Elektrische Servolenkung nach Anspruch 4, worin das Winkelgeschwindigkeit-Berechnungsmittel die Winkelgeschwindigkeiten der Eingabewelle (31) und der Ausgabewelle (32) berechnet, indem es durch die Zeit jeweils Ausgaben des ersten Drehwinkelsensors (1A oder 2A) und des zweiten Drehwinkelsensors (1B oder 2B) differenziert.
Elektrische Servolenkung nach Anspruch 4, worin das Unterscheidungsmittel unterscheidet, ob das erfasste Drehmoment das vom Lenkrad (30) angelegte Lenk-Drehmoment oder das von der Störungskraft verursachte umgekehrte Eingabedrehmoment ist, indem ein Zustandspunkt, der durch eine Kombination aus den berechneten Winkelgeschwindigkeiten und der erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit entschieden wird, an ein Diskriminanten-Kennfeld angelegt wird, das auf dreidimensionalen Koordinatenachsen drei Veränderliche ausdrückt: eine Winkelgeschwindigkeit der Eingabewelle (31); eine Winkelgeschwindigkeit der Ausgabewelle (32); und die Fahrzeuggeschwindigkeit.
Eine Drehmomenterfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, darin abgeändert, dass das Mittel zum Invertieren der Richtung des Lenk-Drehmoments durch ein Mittel zum Invertieren der Richtung des vom Drehmoment-Berechnungsmittel berechneten Lenk-Drehmoments ersetzt wird, und das Lenk-Drehmoment mit einem richtigen Koeffizienten multipliziert wird, wenn die vorbestimmte Beziehung vom Unterscheidungsmittel als bestehend unterschieden wird.
Elektrische Servolenkung, die die Drehmomenterfassungsvorrichtung nach Anspruch 7 umfasst, worin die elektrische Servolenkung ein Mittel zum Antreiben und Steuern eines Lenkkraft-Servomotors umfasst, das dem Lenkmechanismus (4) bereitgestellt wird, um gemäß einer Richtung und eines Betrags des berechneten Lenk-Drehmoments eine Servokraft am Lenkmechanismus (4) anzulegen.
Eine Drehmomenterfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, darin modifiziert, dass das Mittel zum Invertieren der Richtung des Lenk-Drehmoments von einem Mittel zum Einstellen eines Drehmoments der Servokraft auf Null ersetzt wird, wenn die vorbestimmte Beziehung vom Unterscheidungsmittel als bestehend unterschieden wird.
Elektrische Servolenkung, das eine Drehmomenterfassungsvorrichtung nach Anspruch 9 umfasst, worin die elektrische Servolenkung ein Mittel zum Antreiben und Steuern eines Lenkkraft-Servomotors umfasst, der dem Lenkmechanismus (4) bereitge stellt wird, um gemäß einer Richtung und eines Betrags des berechneten Lenk-Drehmoments eine Servokraft am Lenkmechanismus (4) anzulegen.