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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeuglenksystem mit:
einem Betätigungsglied zum
Lenken eines Kraftfahrzeugs; einem Lenkmechanismus zum Drehen von
lenkbaren Rädern
des Kraftfahrzeugs; einem ersten Aktuator und einem zweiten Aktuator;
wobei jeder betrieblich ist, eine Antriebskraft auf den Lenkmechanismus
auszuüben, wobei
der erste Aktuator ein primärer
mit dem Lenkmechanismus gekoppelter Lenkaktuator ist und wobei der
zweite Aktuator ein sekundärer
mit dem Lenkmechanimus gekoppelter Lenkaktuator ist; einem Kupplungsmechanismus,
der betrieblich ist, das Betätigungsglied
in Bezug auf den Lenkmechanismus mechanisch einzurücken und
auszurücken;
einem Lenksteuerabschnitt, der, wenn der erste und der zweite Aktuator
normal funktionieren, den Kupplungsmechanismus in einen ausgerückten Zustand versetzt
und den ersten und den zweiten Aktuator zum Erzeugen der Antriebskraft
zum Antrieben des Lenkmechanismus veranlasst und der, wenn entweder
der erste oder zweite Aktuator versagt, den Kupplungsmechanismus
in einen eingerückten
Zustand versetzt und den anderen normal funktionierenden Aktuator
zum Erzeugen einer Lenkhilfskraft gemäß einer Betätigung des Betätigungsglieds
veranlasst; und einem Gegenkraftaktuator zum Ausüben einer Betätigungsreaktionskraft
auf das Betätigungsglied.
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Ferner
betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeuglenksystem mit:
einem Betätigungsglied
zum Lenken eines Kraftfahrzeugs; einem Lenkmechanismus zum Drehen
von lenkbaren Rädern des
Kraftfahrzeugs; einem Lenkaktuator zum Ausüben einer Antriebskraft auf
den Lenkmechanismus, wobei der Lenkaktuator mit dem Lenkmechanismus gekoppelt
ist; einem Gegenkraftaktuator zum Ausüben einer Betätigungsreaktionskraft
auf das Betätigungsglied;
einem Kupplungsmechanismus, der betrieblich ist, das Betätigungsglied
in Bezug auf den Lenkmechanismus mechanisch einzurücken und auszurücken; und
einem Lenksteuerabschnitt, der, wenn der Lenkaktuator normal funktioniert,
den Kupplungsmechanismus in einen ausgerückten Zustand versetzt.
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeuglenksystem,
das angepasst ist, lenkbare Fahrzeugräder auf der Grundlage der Betätigung eines
Betätigungsglieds
wie ein Lenkrad zu drehen.
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Es
ist ein Lenksystem für
ein Kraftfahrzeug (sog. elektrisches Lenksystem) vorgeschlagen worden,
das keine mechanische Kupplung zwischen einem Lenkrad und einem
Lenkmechanismus zum Drehen von lenkbaren Fahrzeugrädern aufweist
und das angepasst ist, die Richtung und den Grad der Betätigung des
Lenkrads zu erfassen und eine Antriebskraft eines Lenkaktuators,
wie z.B. eines elektrischen Motors, auf den Lenkmechanismus basierend
auf dem Ergebnis der Erfassung auszuüben.
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Diese
Anordnung ermöglicht
es, das Verhältnis
(das Übersetzungsverhältnis) des
Grades der Rotation des Lenkrades zu dem Grad des Drehens der lenkbaren
Fahrzeugräder
in Abhängigkeit
vom Fahrzustand des Fahrzeugs flexibel zu ändern, um die Manövrierbarkeit
des Kraftfahrzeugs zu verbesern. Die oben genannte Anordnung verhindert
auf vorteilhafte Weise einen nach oben gerichteten Stoß des Lenkrades
im Falle der Kollision des Kraftfahrzeugs und ermöglicht ein
flexibleres Platzieren des Lenkrads.
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Weil
das elektrische Lenksystem keine mechanische Kupplung zwischen dem
Lenkrad und dem Lenkmechanismus aufweist, ist es wichtig, eine Sicherheit
gegenüber
Pannen eines Lenkantriebssystems in Betracht zu ziehen. Es wird
zu diesem Zweck vorgeschlagen, eine Kupplung zwischen dem Lenkrad
und dem Lenkmechanismus zum Ein- und Ausrücken der beiden zu schaffen,
wodurch eine mechanische Kupplung zwischen dem Lenkrad und dem Lenkmechanismus
errichtet wird, wobei die Kupplung im Falle eines Versagens des
Systems in einen eingerückten
Zustand versetzt wird.
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Dennoch
ist es mit der zwischen dem Lenkrad und dem Lenkmechanismus angeordneten Kupplung
möglich,
dass das Drehen der lenkbaren Fahrzeugräder durch den Lenkaktuator
eine unerwünschte
passive Rotation des Lenkrads hervorruft, wenn die Antriebssteuerung
des Lenkaktuators nach dem Einrücken
der Kupplung fortgesetzt wird. Deswegen wird das Antreiben des Lenkaktuators
abgebrochen, selbst wenn irgendeine andere Komponente als der Lenkaktuator
versagt. Demzufolge fühlt sich
das Lenkrad nach dem Einrücken
der Kupplung sehr schwer an, so dass eine größere Belastung auf die Kupplung
ausgeübt
wird.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Kraftfahrzeuglenksystem
zu schaffen, das im Stande ist, eine passende Leistung einer Lenkbetätigung bzw.
eines Lenkvorgangs bereitzustellen, selbst wenn eine Fehlfunktion
auftritt.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeuglenksystem der eingangs erwähnten Art
erreicht, wobei der Lenksteuerabschnitt eine variable Übersetzungsfunktion
aufweist, und wobei, wenn entweder der primäre Lenkaktuator oder der sekundäre Lenkaktuator
versagt, der Lenksteuerabschnitt den Gegenkraftaktuator veranlasst,
eine zusätzliche
Lenkhilfskraft gemäß der Betätigung des
Betätigungsglieds
zu erzeugen und die variable Übersetzungsfunktion
auszuschalten.
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Diese
Aufgabe wird auch durch ein Kraftfahrzeuglenksystem der eingangs
erwähnten
zweiten Art erreicht, wobei der Lenksteuerabschnitt eine variable Überset zungsfunktion
aufweist und angepasst ist, wenn der Lenkaktuator versagt, den Kupplungsmechanismus
dazu in einen eingerückten
Zustand zu versetzen und den Gegenkraftaktuator zu veranlassen,
eine Lenkhilfskraft gemäß der Betätigung des Betätigungsglieds
zu erzeugen und die variable Übersetzungsfunktion
auszuschalten.
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Im
Allgemeinen weist das Kraftfahrzeuglenksystem gemäß der vorliegenden
Erfindung Folgendes auf: ein Betätigungsglied
zum Lenken eines Kraftfahrzeugs; einen Lenkmechanismus zum Drehen
von lenkbaren Rädern
des Kraftfahrzeugs; einer ersten Aktuator und einen zweiten Aktuator,
wobei jeder betrieblich ist, eine Antriebskraft auf den Lenkmechanismus
auszuüben;
und einen Lenksteuerabschnitt, der, wenn der erste und der zweite
Aktuator normal funktionieren, zumindest entweder den ersten Lenkaktuator
oder den zweiten Lenkaktuator zum Ausüben der Antriebskraft auf den
Lenkmechanismus veranlasst und der, wenn entweder der erste Lenkaktuator
oder der zweite Aktuator versagt, den anderen normalen Aktuator
zum Ausüben
der Antriebskraft auf den Lenkmechanismus veranlasst.
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Insbesondere
wird gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Kraftfahrzeuglenksystem geschaffen,
das Folgendes aufweist: ein Betätigungsglied
zum Lenken eines Kraftfahrzeugs; einen Lenkmechanismus zum Drehen
von lenkbaren Rädern
des Kraftfahrzeugs; einen primären
mit dem Lenkmechanismus gekoppelten Lenkaktuator und einen sekundären mit
dem Lenkmechanismus gekoppelten Lenkaktuator; einen Kupplungsmechanismus, der
betrieblich ist, das Betätigungsglied
in Bezug auf den Lenkmechanismus mechanisch einzurücken und auszurücken; und
einen Lenksteuerabschnitt, der, wenn der primäre Lenkaktuator und der sekundäre Lenkaktuator
normal funktionieren, den Kupplungsmechanismus in einen ausgerückten Zustand
versetzt, um den primären
Lenkaktuator und den sekundären
Lenkaktuator zum Erzeugen einer Antriebskraft zum Antreiben des
Lenkmechanismus zu veranlassen und, wenn entweder der primäre Lenkaktuator oder
der sekundäre
Lenkaktuator versagt, den Kupplungsmechanismus in einen eingerückten Zustand versetzt,
um den anderen normalen Lenkaktuator zum Erzeugen einer Lenkhilfskraft
gemäß einer
Betätigung
des Betätigungsglieds
zu veranlassen.
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Gemäß dieser
Anordnung wird die Antriebskraft, wenn der primäre Lenkaktuator und der sekundäre Lenkaktuator
normal funktionieren, sowohl von dem primären Lenkaktuator als auch dem
sekundären
Lenkaktuator auf den Lenkmechanismus ausgeübt. Die Antriebskraft kann
auf den Lenkmechanismus ausreichend ausgeübt werden, um einen Lenkvorgang
zweckmäßig durchzuführen, selbst
wenn der primäre
Lenkaktuator und der sekundäre
Lenkaktuator jeweils eine relativ kleine Höchstleistung aufweisen.
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Wenn
entweder der primäre
Lenkaktuator oder der sekundäre
Lenkaktuator versagt, wird der Kupplungsmechanismus in den eingerückten Zustand
versetzt und der andere normale Lenkaktuator wird als Quelle der
Lenkhilfskraft gesteuert. Somit übt der
normale Lenkaktuator auf den Lenkmechanismus die Lenkhilfskraft
gemäß der Betätigung des
Betätigungsgliedes
aus. Folglich kann das Betätigungsglied
selbst nach dem Einrücken
der Kupplung leicht betätigt
werden, was praktisch einen pannensicheren Betrieb ermöglicht.
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Das
Kraftfahrzeuglenksystem weist ferner einen Gegenkraftaktuator zum
Ausüben
einer Betätigungsreaktionskraft
auf das Betätigungsglied
auf. Der Lenksteuerabschnitt ist angepasst, den Gegenkraftaktuator
zum Erzeugen einer zusätzlichen
Lenkhilfskraft gemäß der Betätigung des
Betätigungsglieds
zu veranlassen, wenn entweder der primäre Lenkaktuator oder der sekundäre Lenkaktuator
versagt.
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Bei
dieser Anordnung wird der Gegenkraftaktuator auch als Quelle der
Lenkhilfskraft gesteuert, wenn der primäre Lenkaktuator oder der sekundäre Lenkaktuator
versagt. Somit kann ferner eine größere Lenkhilfskraft auf den
Lenkmechanismus ausgeübt
werden, so dass das Betätigungsglied nach
dem Einrücken
des Kupplungsmechanismus leichter betätigt werden kann.
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Wenn
das Kraftfahrzeuglenksystem ferner den Gegenkraftaktuator zum Ausüben der
Betätigungsreaktionskraft
auf das Betätigungsglied
aufweist, ist der Lenksteuerabschnitt angepasst, den Kupplungsmechanismus
in den eingerückten
Zustand zu versetzen, um den primären Lenkaktuator und den sekundären Lenkaktuator
zum Erzeugen der Lenkhilfskraft gemäß der Betätigung des Betätigungsglieds
zu veranlassen, wenn der Gegenkraftaktuator versagt.
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Bei
dieser Anordnung wird der Kupplungsmechanismus in den eingerückten Zustand
versetzt und der primäre
Lenkaktuator und der sekundäre Lenkaktuator
werden, wenn der Gegenkraftaktuator versagt, als Quelle der Lenkhilfskraft
gesteuert. Folglich kann das Betätigungsglied
(z.B. das Lenkrad) leicht betätigt
werden, was praktisch einen pannensicheren Betrieb ermöglicht.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Antriebskraft, wenn der primäre Lenkaktuator und der sekundäre Lenkaktuator
normal funktionieren, auf den Lenkmechanismus sowohl von dem primären Lenkaktuator
als auch dem sekundären
Lenkaktuator ausgeübt.
Folglich können
die Hochleistungen sowohl des primären Lenkaktuators als auch
des sekundären
Lenkaktuators auf einen kleineren Niveau eingestellt werden.
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Sowohl
der primäre
Lenkaktuator als auch der sekundäre
Lenkaktuator weisen vorzugsweise eine Höchstleistung auf, die 60 %
bis 70 % einer ausreichenden Leistung zum Antreiben des Lenkmechanismus
beträgt.
In diesem Fall kann die Antriebskraft auf dem Lenkmechanismus ausreichend
ausgeübt werden,
um den Lenkvorgang, wenn der primäre Lenkaktuator und der sekundäre Lenkaktuator
normal funktionieren, zweckmäßig durchzuführen. Selbst
wenn nur ein Lenkaktuator, entweder der primäre Lenkaktuator oder der sekundäre Lenkaktuator, normal
funktioniert, kann eine ausreichende Antriebskraft auf den Lenkmechanismus
ausgeübt
werden, um die Richtung der lenkbaren Räder aufrecht zu erhalten.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird ein Kraftfahrzeuglenksystem
geschaffen, das Folgendes aufweist: ein Betätigungsglied zum Lenken eines
Kraftfahrzeugs; einen Lenkmechanismus zum Drehen von lenkbaren Rädern des
Kraftfahrzeugs; einen mit dem Lenkmechanismus gekoppelten Lenkaktuator; einen
Kupplungsmechanismus, der betrieblich ist, das Betätigungsglied in
Bezug auf den Lenkmechanismus mechanisch einzurücken und auszurücken; einen
Gegenkraftaktuator zum Ausüben
einer Betätigungsreaktionskraft auf
das Betätigungsglied;
und einen Lenksteuerabschnitt, der, wenn der Lenkaktuator normal
funktioniert, den Kupplungsmechanismus in einen ausgerückten Zustand
versetzt, um den Lenkaktuator zum Erzeugen einer Antriebskraft zum
Antreiben des Lenkmechanismus zu veranlassen und der, wenn der Lenkaktuator
versagt, den Kupplungsmechanismus in einen eingerückten Zustand
versetzt, um den Gegenkraftaktuator zum Erzeugen einer Lenkhilfskraft gemäß einer
Betätigung
des Betätigungsglieds
zu veranlassen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird der Kupplungsmechanismus in den eingerückten Zustand
versetzt und der Gegenkraftaktuator wird als Quelle der Lenkhilfskraft
gesteuert, wenn der Lenkaktuator versagt. Somit übt der Gegenkraftaktuator auf
den Lenkmechanismus die Lenkhilfskraft gemäß der Betätigung des Betätigungsglieds
aus. Folglich kann das Betätigungsglied
nach der Einrückung
des Kupplungsmechanismus leicht betätigt werden, was praktisch
einen pannensicheren Betrieb ermöglicht.
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Die
vorhergehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Wirkungen der
vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen unter
Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen.
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1 stellt
ein konzeptionelles Diagramm zum Erklären der grundliegenden Konstruktion
eines Kraftfahrzeuglenksystems gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar;
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2 stellt
ein Flussdiagramm zum Erklären eines
Verfahrens dar, das durch einen Lenksteuerabschnitt durchgeführt wird,
der in dem in 1 gezeigten Kraftfahrzeuglenksystem
geschaffen wird;
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3 stellt
ein konzeptionelles Diagramm zum Erklären der grundliegenden Konstruktion
eines Kraftfahrzeuglenksystems dar; und
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4 stellt
ein Flussdiagramm zum Erklären eines
Verfahrens dar, das von einem Lenksteuerabschnitt durchgeführt wird,
der in dem in 3 gezeigten Kraftfahrzeuglenksystem
vorgesehen ist.
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1 stellt
ein konzeptionelles Diagramm zum Erklären der grundliegenden Konstruktion
eines Lenksystems für
ein Kraftfahrzeug gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Das Kraftfahrzeuglenksystem umfasst
einen Lenkmechanismus 10, um ein Paar von lenkbaren Fahrzeugrädern (typische
Vorderräder)
W, W dazu zu veranlassen, einen Lenkvorgang durchzuführen, ein
Lenkrad 30, um mit dem Lenkmechanismus 10 durch
eine Kupplung 20 in einen mechanischen Eingriff oder aus einem
mechanischen Eingriff versetzt zu werden, und einen Gegenkraftaktuator 40 zum
Ausüben
einer Reaktionskraft auf das Lenkrad 30.
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Das
Kraftfahrzeuglenksystem weist ein doppeltes Lenkantriebssystem auf,
das ein primäres Lenkantriebssystem 50M und
ein sekundäres
Lenkantriebssystem 50S zum Antreiben des Lenkmechanismus 10 umfasst.
Das primäre
Lenkantriebssystem 50M umfasst einen primären Lenkaktuator 51M und einen
primären
Rotationswinkelsensor 52M zum Erfassen eines Rotationswinkels
des primären
Lenkaktuators 51M. Das sekundäre Lenkantriebssystem 50S umfasst
einen sekundären
Lenkaktuator 51S und einen sekundären Rotationswinkelsensor 52S zum
Erfassen eines Rotationswinkels des sekundären Lenkaktuators 51S.
Sowohl der primäre
Lenkaktuator 51M als auch der sekundäre Lenkaktuator 51S umfassen
jeweils z.B. einen elektrischen Motor und weisen im Wesentlichen
die gleiche Höchstleistung auf,
die 60 % bis 70 % einer Leistung entspricht, die für den primären Lenkaktuator 51M oder
den sekundären
Lenkaktuator 51S allein ausreichend ist, um den Lenkmechanismus 10 anzutreiben.
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Der
Lenkmechanismus 10 umfasst eine Lenkwelle 11,
die sich quer zu einem Körper
des Kraftfahrzeugs erstreckt, und Gelenkarme 13, 13,
die jeweils mit gegenü berliegenden
Enden der Lenkwelle 11 durch Zugstangen 12, 12 zum
Halten der lenkbaren Fahrzeugräder
W, W gekoppelt sind. Die Lenkwelle 11 ist auf eine axial
verschiebbare Art in einem Gehäuse 14 gelagert
und der primäre
Lenkaktuator 51M ist inmitten der Lenkwelle 11 in
einem koaxialen Verhältnis
eingebaut.
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Eine
Zahnstange 11a ist als ein Teil der Lenkwelle 11 vorgesehen
und kämmt
mit einem an einem distalen Ende einer Welle 21 vorgesehenen
Ritzelrad 22, das mit einer Seite der Kupplung 20 gekoppelt
ist. Die Welle 21 ist mit dem sekundären Lenkaktuator 51S derart
gekoppelt, dass eine durch den sekundären Lenkaktuator 51S erzeugte
Antriebskraft auf die Welle 21 übertragen wird.
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Bei
dieser Anordnung wird, wenn der primäre Lenkaktuator 51M angetrieben
wird, eine Rotationsbewegung des primären Lenkaktuators 51M in
eine Gleitbewegung der Lenkwelle 11 durch einen Bewegungsumwandlungsmechanismus
umgewandelt, der ein Kugelgewinde und dergleichen aufweist, so dass die
lenkbaren Fahrzeugräder
W, W durch die Gleitbewegung der Lenkwelle 11 gedreht werden.
Wenn der sekundäre
Lenkaktuator 51S angetrieben wird, wird eine Rotationsbewegung
der Welle 21, die durch den sekundären Lenkaktuator 51S hervorgerufen
wird, durch das Ritzelrad 22 und die Zahnstange 11a in
die Gleitbewegung der Lenkwelle 11 umgewandelt, so dass
die lenkbaren Fahrzeugräder
W, W durch die Gleitbewegung der Lenkwelle 11 gedreht werden.
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Eine
mit der anderen Seite der Kupplung 20 gekoppelte Welle 23 ist
mit dem Lenkrad 30 gekoppelt. Wenn sich die Kupplung 20 in
einem eingerückten
Zustand befindet, wird folglich durch die Welle 23, die
Kupplung 20, die Welle 21, das Ritzelrad 22 und die
Zahnstange 11a ein Lenkdrehmoment, das auf das Lenkrad 30 ausgeübt wird,
auf die Lenkwelle 11 mechanisch übertragen.
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Der
Gegenkraftaktuator 40 weist einen elektrischen Motor (z.B.
einen dreiphasigen bürstenlosen Motor)
auf, der eine Rotationswelle aufweist, die durch die Welle 23 definiert
ist, die die Kupplung 20 mit dem Lenkrad 30 verbindet
und ein Gehäuse aufweist,
das an einem zugehörigen
Teil des Fahrzeugkörpers
befestigt ist. Der Gegenkraftaktuator 40 ist mit einem
Drehmomentsensor 41 zum Erfassen eines Lenkdrehmoments,
das von dem Lenkrad 30 übertragen
wird, und mit einem Lenkwinkelsensor 42 zum Erfassen eines
Betätigungswinkels
des Lenkrads 30 versehen.
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Die
Kupplung 20, der Gegenkraftaktuator 40, der primäre Lenkaktuator 51M und
der sekundäre Lenkaktuator 51S werden
durch einen Lenksteuerabschnitt 60 gesteuert, der einen
Mikroprozessor oder dergleichen aufweist. Insbesondere wird die
Erfassung der Signale des Lenkwinkelsensors 42, des primären Rotationswinkelsensors 52M und
des sekundären
Rotationswinkelsensors 52S in den Lenksteuerabschnitt 60 eingegeben.
Ein Lenkpositionssensor 15 zum Erfassen einer axialen Position
der Lenkwelle 11, ist in Verbindung mit der Lenkwelle 11 vorgesehen
und eine Signalerfassung des Lenkpositionssensors 15 wird
auch in den Lenksteuerabschnitt 60 eingegeben. Ferner wird
ein Erfassungssignal eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 70 zum
Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit in den Lenksteuerabschnitt 60 eingegeben.
Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 70 kann z.B. einen Fahrzeugsradgeschwindigkeitssensor
zum Erfassen einer Rotationszahl jedes Fahrzeugrads aufweisen. Der
Lenksteuerabschnitt 60 legt Steuersignale an die Ansteuerschaltungen 24, 43, 53M, 53S zum
Betreiben der Kupplung 20, des Gegenkraftaktuators 40,
des primären Lenkaktuators 51M und
des sekundären
Lenkaktuators 51S auf der Grundlage der Signale an, die
von den entsprechenden Sensoren eingegeben werden.
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2 stellt
ein Flussdiagramm zum Erklären eines
Verfahrens dar, das von dem Lenksteuerabschnitt 60 durchgeführt wird.
Der Lenksteuerabschnitt 60 überprüft dauernd, ob der primäre Lenkaktuator 51M,
der sekundäre
Lenkaktuator 51S und der Gegenkraftaktuator 40 jeweils
normal funktioniert, d.h., ob der primäre Lenkaktuator 51M,
der sekundäre
Lenkaktuator 51S oder der Gegenkraftaktuator 40 versagt
(Schritt S1, S2).
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Wenn
weder der primäre
Lenkaktuator 51M noch der sekundäre Lenkaktuator 51S versagt
(NEIN im Schritt S1) und wenn der Gegenkraftaktuator 40 nicht
versagt (NEIN im Schritt S2), steuert der Lenksteuerabschnitt 60 den
primären
Lenkaktuator 51M und den sekundären Lenkaktuator 51S zum
Antreiben derselben an (Schritt S3). Der Lenksteuerabschnitt 60 weist
ein VGR (variables Übersetzungsverhältnis) auf
und ist angepasst, das Verhältnis (Übersetzungsverhältnis) des
Grades der Rotation des Lenkrads 30 zu dem Grad des Drehens
der lenkbaren Fahrzeugräder
W, W gemäß dem Fahrzustand des
Kraftfahrzeugs zu einzustellen. Der Lenksteuerabschnitt 60 stellt
ferner Spannungssollwerte für
den primären
Lenkaktuator 51M und den sekundären Lenkaktuator 51S auf
der Grundlage des Übersetzungsverhältnisses
ein und stellt somit den Grad der Betätigung des Lenkrads 30 ein
und legt Steuersignale, die Spannungssollwerten entsprechen, an
die Ansteuerschaltungen 53M, 53S an. Somit werden Drehmomente
von dem primären
Lenkaktuator 51M bzw. dem sekundären Lenkaktuator 51S zum
Schieben der Lenkwelle 11 in eine Richtung, die mit der Richtung
der Betätigung
des Lenkrads 30 übereinstimmt
ausgegeben, wodurch der Lenkvorgang gemäß dem Fahrzustand des Kraftfahrzeugs
und der Betätigung
des Lenkrads 30 zweckmäßig durchgeführt wird.
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Wenn
der primäre
Lenkaktuator 51M oder der sekundäre Lenkaktuator 51S während der
Antriebssteuerung derselben versagt, schaltet der Lenksteuerabschnitt 60 die
VGR-Funktion (Schritt S4) aus und steuert den anderen normalen Lenkaktuator
an, um die Position der lenkbaren Fahrzeugräder W, W derart einzustellen,
dass der Drehwinkel des Lenkrads 30 und der Lenkwinkel
der lenkbaren Fahrzeugräder
W, W in ein passendes Verhältnis (d.h.,
ein Verhältnis,
bei dem der Sternpunkt des Lenkrads 30 mit dem Sternpunkt
der lenkbaren Fahrzeugräder
W, W zeitlich zusammenfallen) gebracht werden. Nach der Positionseinstellung
der lenkbaren Fahrzeugräder
W, W findet das Einrücken
der Kupplung 20 (Schritt S5) statt und das Antreiben des
Gegenkraftaktuators 40 wird abgebrochen (Schritt S6).
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Das
Einrücken
der Kupplung 20 stellt die mechanische Kupplung zwischen
dem Lenkmechanismus 10 und dem Lenkrad 30 her
und danach funktioniert das Kraftfahrzeuglenksystem als Lenkkraftsystem,
das den normalen Lenkaktuator (den primären Lenkaktuator 51M oder
den sekundären
Lenkaktuator 51S) und den Gegenkraftaktuator 40 als
Quelle einer Lenkhilfskraft verwendet. Dies bedeutet, dass der Lenksteuerabschnitt 60 nach
dem Einrücken
der Kupplung 20 ein Lenkaktuator- PWM-(Impulsdauermodulations-)Steuersignal
und ein Gegenkraftaktuator-PWM-Steuersignal
gemäß dem Betätigungswinkel
des Lenkrads 30 (Lenkradwinkel) erzeugt und diese PMW-Steuersignale
in die Ansteuerschaltungen des normalen Lenkaktuators und des Gegenkraftaktuators 40 eingibt,
um den normalen Lenkaktuator und den Gegenkraftaktuator 40 zum
Erzeugen der Lenkhilfskraft zu veranlassen (Schritte S7, S8). Folglich
wird die Lenkhilfskraft zweckmäßig durch den
normalen Lenkaktuator und den Gegenkraftaktuator 40 erzeugt,
wodurch zweckmäßig eine
Lenkhilfsbetätigung
gemäß der Betätigung des
Lenkrads 30 durchgeführt
werden kann.
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Wenn
der Gegenkraftaktuator 40 versagt, bricht der Lenksteuerabschnitt 60 zuerst
das Antreiben des Gegenkraftaktuators 40 (Schritt S9) ab
und schaltet dann die VGR-Funktion aus (Schritt S10). Der Lenksteuerabschnitt 60 steuert
den normalen Lenkaktuator, um die Position der lenkbaren Fahrzeugräder W, W
so einzustellen, dass der Rotationswinkel des Lenkrads 30 und
der Lenkwinkel der lenkbaren Fahrzeugräder W, W in das bestimmte Verhältnis versetzt
werden und dann findet das Einrücken der
Kupplung 20 statt (Schritt S11).
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Nach
dem Einrücken
der Kupplung 20 werden der Lenkmechanismus 10 und
das Lenkrad 30 mechanisch miteinander gekoppelt, so dass
das Kraftfahrzeuglenksystem als Lenkhilfsystem funktioniert, das
den primären
Lenkaktuator 51M und den sekundären Lenkaktuator 51S als
Quelle der Lenkhilfskraft verwendet. Dies bedeutet, dass der Lenksteuerabschnitt 60 nach
dem Einrücken
der Kupplung 20 ein primäres Lenkaktuator-PWM-Steuersignal
und ein sekundäres
Lenkaktuator-PMW-Steuersignal gemäß dem Betätigungswinkel des Lenkrads 30 (Lenkradwinkel)
erzeugt und diese PWM-Steuersignale in die Ansteuerschaltungen 53M und 53S des primären Lenkaktuators 51M und
des sekundären Lenkaktuators 51S eingibt,
um den primären
Lenkaktuator 51M und den sekundären Lenkaktuator 51S zum
Erzeugen der Lenkhilfskraft zu veranlassen (Schritt S12). Folglich
wird die Lenkhilfskraft durch den primären Lenkaktuator 51M und
den sekundären Lenkaktuator 51S zweckmäßig erzeugt,
wobei die Lenkhilfsbetätigung
gemäß der Betätigung des
Lenkrads 30 zweckmäßig durchgeführt werden
kann.
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Gemäß dem oben
beschriebenen Ausführungsbeispiel
wird der Lenkmechanismus 10 sowohl durch das primäre Lenksystem 50M als
auch das sekundäre
Lenksystem 50S angetrieben, wenn der Gegenkraftaktuator 40,
der primäre
Lenkaktuator 51M und der sekundäre Lenkaktuator 51S normal
funktionieren. Auch wenn der primäre Lenkaktuator 51M und
der sekundäre
Lenkaktuator 51S jeweils eine relativ kleine Höchstleistung
aufweisen, kann folglich die Antriebskraft ausreichend auf den Lenkmechanismus 10 ausgeübt werden,
so dass der Lenkvorgang zweckmäßig durchgeführt werden
kann.
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Wenn
der primäre
Lenkaktuator 51M oder der sekundäre Lenkaktuator 51S versagt,
findet das Einrücken
der Kupplung 20 statt und der andere normale Lenkaktuator
wird als Quelle der Lenkhilfskraft PMW-gesteuert. Folglich wird
die Lenkhilfskraft von dem normalen Lenkaktuator gemäß der Betätigung des
Lenkrads 30 auf den Lenkmechanismus 10 ausgeübt. Folglich
kann das Lenkrad 30 selbst nach dem Einrücken der
Kupplung 20 leicht betätigt
werden, was praktisch einen pannensicheren Betrieb ermöglicht.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wird auch der Gegenkraftaktuator 40 als Quelle der Lenkhilfskraft
PMW-gesteuert, wenn der primäre
Lenkaktuator 51M oder der sekundäre Lenkaktuator 51S versagt. Ferner
ist es möglich,
eine größere Lenkhilfskraft
auf den Lenkmechanismus 10 auszuüben, so dass das Lenkrad 30 leichter
nach dem Einrücken
der Kupplung 20 betätigt
werden kann.
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Wenn
der Gegenkraftaktuator 40 versagt, findet das Einrücken der
Kupplung 20 statt und der primäre Lenkaktuator 51M und
der sekundäre
Lenkaktuator 51S werden als Quelle der Lenkhilfskraft PMW-gesteuert.
Deshalb kann das Lenkrad 30 leichter betätigt werden,
was praktisch einen pannensicheren Betrieb ermöglicht.
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3 stellt
ein konzeptionelles Diagram zum Erklären der grundliegenden Konstruktion
eines Lenksystems für
ein Kraftfahrzeug dar. Das Kraftfahrzeuglenksystem gemäß diesem
Ausführungsbeispiel unterscheidet
sich von dem in 1 gezeig ten Kraftfahrzeuglenksystem
dadurch, dass das Lenkantriebssystem zum Antreiben des Lenkmechanismus 10 kein
doppeltes System ist. In 3 sind Bestandteile, die den
in 1 gezeigten Bestandteilen entsprechen, mit der
gleichen Bezugsziffer wie in 1 bezeichnet.
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Das
Kraftfahrzeuglenksystem umfasst einen Lenkmechanismus 10,
um ein Paar von lenkbaren Fahrzeugrädern (typische Vorderräder) W,
W einen Lenkvorgang durchführen
zu lassen, um ein Lenkrad 30 mit dem Lenkmechanismus 10 über eine
Kupplung 20 in oder außer
Eingriff bringen zu lassen und um einen Gegenkraftaktuator 40 einer
Reaktionskraft auf das Lenkrad 30 ausüben zu lassen.
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Der
Lenkmechanismus 10 umfasst eine Lenkwelle 11,
die sich quer zu einem Körper
des Kraftfahrzeugs erstreckt, und Gelenkarme 13, 13,
die jeweils mit gegenüberliegenden
Enden der Lenkwelle 11 durch Zugstangen 12, 12 zum
Halten der lenkbaren Fahrzeugräder
W, W gekoppelt sind. Die Lenkwelle 11 ist auf eine axial
verschiebbare Art in einem Gehäuse 14 gelagert,
und der primäre
Lenkaktuator 51 ist inmitten der Lenkwelle 11 in
einer koaxialen Relation eingebaut. Der Lenkaktuator 51 weist
z.B. einen elektrischen Motor mit einer ausreichenden Leistung auf,
um den Lenkmechanismus 10 anzutreiben. Bei dieser Anordnung
wird, wenn der Lenkaktuator 51 angetrieben wird, eine Rotationsbewegung des
Lenkaktuators 51 in eine Gleitbewegung der Lenkwelle 11 durch
einen Bewegungsumwandlungsmechanismus, der ein Kugelgewinde oder
dergleichen aufweist, umgewandelt, so dass die lenkbaren Fahrzeugräder W, W
durch die Gleitbewegung der Lenkwelle 11 gedreht werden.
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Eine
Zahnstange 11a ist als ein Teil der Lenkwelle 11 vorgesehen
und kämmt
mit einem an einem distalen Ende einer Welle 21 vorgesehenen
Ritzelrad 22, das mit einer Seite der Kupplung 20 gekoppelt
ist. Eine Welle 23, die mit der anderen Seite der Kupplung 20 gekoppelt
ist, ist mit dem Lenkrad 30 gekoppelt. Wenn sich die Kupplung 20 in
einem eingerückten
Zustand befindet, wird folglich durch die Welle 23, die
Kupplung 20, die Welle 21, das Ritzelrad 22 und die
Zahnstange 11a ein Lenkdrehmoment, das auf das Lenkrad 30 ausgeübt wird,
auf die Lenkwelle 11 mechanisch übertragen.
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Der
Gegenkraftaktuator 40 weist einen elektrischen Motor (z.B.
einen dreiphasigen bürstenlosen Motor),
der eine Rotationswelle aufweist, die durch die Welle 23 definiert
ist, die die Kupplung 20 mit dem Lenkrad 30 verbindet,
und ein Gehäuse
auf, das an einem zugehörigen
Teil des Fahrzeugkörpers
befestigt ist. Der Gegenkraftaktuator 40 ist mit einem
Drehmomentsensor 41 zum Erfassen eines Lenkdrehmoments,
das von dem Lenkrad 30 übertragen
wird, und mit einem Lenkwinkelsensor 42 zum Erfassen eines Betätigungswinkels
des Lenkrads 30 versehen.
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Die
Kupplung 20, der Gegenkraftaktuator 40 und der
Lenkaktuator 51 werden durch einen Lenksteuerabschnitt 60 gesteuert,
der einen Mikroprozessor oder dergleichen aufweist. Insbesondere
wird die Erfassungssignale des Lenkwinkelsensors 42 und
eines Rotationswinkelsensors 52 in den Lenksteuerabschnitt 60 eingegeben.
Ein Lenkpositionssensor 15 zum Erfassen einer axialen Position
der Lenkwelle 11 ist zusammen mit der Lenkwelle 11 vorgesehen,
und ein Erfassungssignal des Lenkpositionssensors 15 wird
auch in den Lenksteuerabschnitt 60 eingegeben. Ferner wird
ein Erfassungssignal eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 70 zum
Erfassen einer Fahrzeugsgeschwindigkeit in den Lenksteuerabschnitt 60 eingegeben.
Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 70 kann z.B. einen Fahrzeugradgeschwindigkeitssensor
zum Erfassen einer Rotationszahl jedes Fahrzeugrads aufweisen. Der
Lenksteuerabschnitt 60 legt Steuersignale auf die Ansteuerschaltungen 24, 43, 53 zum
Antreiben der Kupplung 20, des Gegenkraftaktuators 40 und
des Lenkaktuators 51 auf der Grundlage der Signale, die
von den entsprechenden Sensoren übertragen
werden.
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4 stellt
ein Flussdiagramm zum Erklären eines
Verfahrens dar, das von dem Lenksteuerabschnitt 60 durchgeführt wird.
Der Lenksteuerabschnitt 60 überprüft dauernd, ob der Lenkaktuator 51 normal
funktioniert (Schritt T1).
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Wenn
der Lenkaktuator 51 nicht versagt, stellt der Lenksteuerabschnitt 60 z.B.
das Übersetzungsverhältnis des
Grades der Rotation des Lenkrads 30 zu dem Grad des Drehens
der lenkbaren Fahrzeugräder
W, W gemäß dem Fahrzustand
des Kraftfahrzeugs (VGR-Funktion) ein. Der Lenksteuerabschnitt 60 stellt
ferner einen Spannungssollwert für den
Lenkaktuator 51 auf der Grundlage des so eingestellten Überset zungsverhältnisses
und den Grad der Betätigung
des Lenkrads 30 ein und überträgt ein entsprechendes Steuersignal
an den Spannungssollwert der Ansteuerschaltung 53 (Schritt
T2). Somit wird ein Drehmoment von dem Lenkaktuator 51 zum Schieben
der Lenkwelle 11 in eine Richtung, die mit der Richtung
der Betätigung
des Lenkrades 30 übereinstimmt,
ausgegeben, wobei der Lenkvorgang gemäß dem Fahrzustand des Kraftfahrzeugs
und gemäß der Betätigung des
Lenkrads 30 zweckmäßig durchgeführt wird.
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Wenn
der Lenkaktuator 51 während
der Antriebssteuerung davon versagt, schaltet der Lenksteuerabschnitt 60 die
VGR-Funktion (Schritt T3) aus und bewirkt das Einrücken der
Kupplung 20 (Schritt T4).
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Das
Einrücken
der Kupplung 20 stellt die mechanische Kupplung zwischen
dem Lenkmechanismus 10 und dem Lenkrad 30 her
und danach funktioniert das Kraftfahrzeuglenksystem als Lenkkraftsystem,
das den Gegenkraftaktuator 40 als Quelle einer Lenkhilfskraft
verwendet. Dies bedeutet, dass der Lenksteuerabschnitt 60 nach
dem Einrücken
der Kupplung 20 ein PWM-Steuersignal gemäß dem Betätigungswinkel
des Lenkrads 30 (Lenkradwinkel) erzeugt und das PWM-Steuersignal
in die Ansteuerschaltung 43 des Gegenkraftaktuators 40 eingibt,
um den Gegenkraftaktuator 40 zum Erzeugen der Lenkhilfskraft
zu veranlassen (Schritt T5). Folglich wird die Lenkhilfskraft zweckmäßig durch
den Gegenkraftaktuator 40 erzeugt, wobei eine Lenkhilfsbetätigung gemäß der Betätigung des
Lenkrads 30 zweckmäßig durchgeführt werden
kann.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
wird die Kupplung 20 eingerückt und der Gegenkraftaktuator 40 wird
als Quelle der Lenkhilfskraft PWM-gesteuert, wenn der Lenkaktuator 51 versagt.
Demnach wird die Lenkhilfskraft durch den Gegenkraftaktuator 40 gemäß der Betätigung des
Lenkrads 30 auf den Lenkmechanismus 10 ausgeübt. Folglich
kann das Lenkrad 30, sogar nach dem Einrücken der
Kupplung 20, leichter betätigt werden, was praktisch
einen pannensicheren Betrieb ermöglicht.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung auf diese Weise beschrieben wurde, kann
die Erfindung auf eine andere Art und Weise verkörpert werden. Gemäß der Erfindung
werden der primäre
Lenkaktuator 51M und der sekundäre Lenkaktuator 51S so
ausgebildet, um im Wesentlichen die gleiche Höchstleistung aufzuweisen und
um die zum Antreiben davon gesteuert zu sein, wenn der primäre Lenkaktuator 51M und
der sekundäre
Lenkaktuator 51S normal funktionieren. Diese Anordnung
wird nicht nur auf ein Kraftfahrzeuglenksystem gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
sondern auch auf ein Kraftfahrzeuglenksystem angewendet, bei dem
ein Lenkantriebsystem zum Antreiben des Lenkmechanismus 10 ein doppeltes
Antriebssystem ist und keine Kupplung 20 vorgesehen ist.
In diesem Fall kann das Kraftfahrzeuglenksystem so aufgebaut werden,
dass, wenn der primäre
Lenkaktuator 51M und der sekundäre Lenkaktuator 51S normal
funktionieren, die Antriebskraft zum Antreiben des Lenkmechanismus 10 sowohl
durch den primären
Lenkaktuator 51M als auch den sekundären Lenkaktuator 51S erzeugt
wird, und, wenn der primäre
Lenkaktuator 51M oder der sekundäre Lenkaktuator 51S versagt,
die Antriebskraft zum Antreiben des Lenkmechanismus 10 wird
durch den anderen normalen Lenkaktuator allein erzeugt.
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Obwohl
das Lenkrad 30 als das Betätigungsglied bei dem oben beschriebenen
Ausführungsbeispiel
verwendet wird, kann ein Hebel oder dergleichen als Betätigungsglied
verwendet werden.
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Während die
vorliegende Erfindung detailliert im Wege der Ausführungsformen
davon beschrieben wurde, ist es klar, dass die vorstehende Offenbarung
die technischen Prinzipien der vorliegenden Erfindung lediglich
veranschaulicht, nicht aber beschränkt. Der Schutzumfang der vorliegenden
Erfindung ist lediglich durch die beigefügten Ansprüche begrenzt.