DE60204107T2

DE60204107T2 - Elektrische Servolenkung

Info

Publication number: DE60204107T2
Application number: DE60204107T
Authority: DE
Inventors: Yoshitomo Chuo-ku Tokumoto
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2022-11-28
Also published as: DE60204107D1; US6847876B2; JP2003165457A; US20030102181A1; EP1321349A2; KR20030044882A; EP1321349B1; JP3856690B2; EP1321349A3; KR100940534B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkvorrichtung, welche das einer Lenkwelle eines Fahrzeugs zum Lenkbetrieb erteilte Drehmoment detektiert und einen Lenkkraftunterstützungsmotor auf der Grundlage des detektierten Drehmoments antreibt und steuert. Eine ähnliche Lenkvorrichtung dieser Art ist in EP-A-1 138 577 offenbart, die als nächstkommendes Dokument zum Stand der Technik angesehen wird.
Eine elektrische Servolenkvorrichtung, welche die Lenkung durch Antrieb eines Lenkkraftunterstützungsmotors auf der Grundlage des Ergebnisses einer Detektion von dem Lenkrad für Lenkzwecke erteiltem Drehmoment und durch Übertragung einer Drehkraft von dem Motor an die Lenkvorrichtung unterstützt, hat den Vorteil einer einfacheren und leichteren Steuerung der Lenk-Unterstützungskrafteigenschaften gemäß einem Fahr- bzw. Bewegungszustand, wie beispielsweise der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Frequenz der Lenkung, verglichen mit einer hydraulischen Servolenkvorrichtung unter Verwendung eines hydraulischen Stellglieds bzw. Stellmotors als Quelle der Lenkunterstützungskraft. In der jüngeren Vergangenheit hat sich ihr Anwendungsbereich erweitert.
Eine derartige elektrische Servo-Lenkvorrichtung muss das dem Lenkrad erteilte Lenkdrehmoment durch Detektion feststellen. Im Allgemeinen erfolgt die Detektion durch Detektion von Drehwinkeln an zwei in axialer Richtung der das Lenkrad und den Lenkmechanismus verbindenden Lenkwelle entfernten Stellen. In anderen Worten: da die Lenkwelle infolge der Wirkung des auf das Lenkrad während des Lenkbetriebs ausgeübten Drehmoments eine Torsion aufweist und die Torsion der Differenz zwischen den an zwei Stellen detek tierten Drehwinkeln entspricht, ist es möglich, auf der Grundlage dieser Differenz das Drehmoment zu berechnen.
Die Lenkwelle ist konstruktiv so ausgebildet, dass eine Eingangswelle an der Lenkradseite und eine Ausgangswelle an der Seite des Lenkmechanismus durch eine Torsionsstange kleinen Durchmessers miteinander verbunden werden, derart, dass mit der Torsion der Torsionsstange eine große Drehwinkeldifferenz zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle erzeugt wird. Durch Detektion der Drehwinkel an den Verbindungsteilen der Eingangswelle und der Ausgangswelle kann die Genauigkeit der Berechnung des Drehmoments verbessert werden.
Die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung hat in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-352502 usw. eine zur Drehmomentdetektion in einer elektrischen Servolenkvorrichtung geeignete Drehmomentdetektionsvorrichtung vorgeschlagen. Diese Drehmomentdetektionsvorrichtung weist Sensor- bzw. Messfühlereinheiten auf, die an den betreffenden Verbindungsteilen der Eingangs- und der Ausgangswelle vorgesehen sind. Die Sensoreinheiten umfassen magnetische Targets, die in einer Umfangsrichtung einer Objektdrehachse vorgesehen sind und annähernd gleich bezüglich der axialen Richtung geneigt sind; sowie magnetische Sensoren (MR-Sensoren), die außerhalb der magnetischen Targets und mit diesen gegenüberstehend ausgerichtet, vorgesehen sind und Ausgangsgrößen erzeugen, welche mit dem Durchgang der Targets variieren.
Bei dieser Konstruktion erzeugt der Magnetsensor in jeder der Sensoreinheiten als Ausgangsgrößen eine Spannung, die sich linear ändert mit einer Neigung bzw. Steigung entsprechend der Neigung der an dem Umfang der Eingangswelle und der Ausgangswelle angebrachten Targets, jeweils beim Durchgang jedes Targets. Demgemäß können die Drehwinkel der Eingangswelle und der Ausgangswelle auf der Grundlage der Ausgangsspannungen von den entsprechenden Magnetsensoren berührungsfrei detektiert werden, und das auf die Eingangswelle mit der Betätigung des Lenkrads ausgeübte Lenkdrehmoment wird auf der Grundlage der Differenz zwischen den Drehwinkeln der Eingangswelle und der Ausgangswelle berechnet, die als die Differenz zwischen den Ausgangsgrößen der der Eingangs- und der Ausgangswellen entsprechenden Magnetsensoren gegeben ist.
Außerdem ist es für die Steuerung des Lenkkraftunterstützungsmotors in der elektrischen Servolenkvorrichtung erforderlich, die Größe bzw. den Betrag des auf das Lenkrad ausgeübten Drehmoments und auch die Richtung des Drehmoments, d.h. ob die Lenkung nach links oder nach rechts erfolgt, zu detektieren. Die wie vorstehend beschriebene Drehmoment-Detektionsvorrichtung vergleicht den Drehwinkel der Eingangswelle und den Drehwinkel der Ausgangswelle und beurteilt bzw. stellt fest, dass das Drehmoment in der Richtung ausgeübt ist, in welcher die Eingangswelle der Ausgangswelle voreilt.
Zusätzlich zu dem von der Eingangswelle auf der Lenkradseite gemäß dem Lenkvorgang ausgeübten eigentlichen Eingangsdrehmoment (Lenkdrehmoment) wirkt eine von der Straßenoberfläche auf die gelenkten Räder ausgeübte Reaktionskraft auf die Lenkwelle eines fahrenden Fahrzeugs als Eingangsdrehmoment von der Ausgangswelle auf der Seite des Lenkmechanismus her (im Folgenden als "inverses Eingangsdrehmoment" bezeichnet) ein. Beispielsweise kann bei Geradeausfahrt ohne Drehung des Lenkrades, falls das Fahrzeug auf einer rauhen Straßenoberfläche fährt und ein großes inverses Eingangsdrehmoment ausgeübt wird, dieses inverse Eingangsdrehmoment durch die in der oben beschriebenen Weise ausgebildete Drehmoment-Detektionsvorrichtung detektiert werden.
Jedoch wird das vorstehend beschriebene inverse Eingangsdrehmoment so ausgeübt, dass die Drehung auf Seiten der Ausgangswelle der auf Seiten der Eingangswelle vorausgeht, während das eigentliche Lenk-Drehmoment so ausgeübt wird, dass die Drehung auf Seiten der Eingangswelle der auf Seiten der Ausgangswelle vorausgeht. Demzufolge wird bei der Beurteilung der Drehmoment-Richtung auf der Grundlage des Detektionsergebnisses von der Drehmoment-Detektionsvorrichtung das inverse Eingangsdrehmoment als Lenkdrehmoment beurteilt, das in der Richtung aufgebracht ist, in welcher das Lenkrad durch die Wirkung der Reaktionskraft von der Straßenoberfläche her beaufschlagt wird, welche eine Ursache des inversen Eingangsdrehmoments ist. Wenn der Lenkkraftunterstützungsmotor gemäß der Drehmomentdetektion angetrieben wird, wird eine Antriebskraft des Motors auf den Lenkmechanismus in derselben Richtung wie das inverse Eingangsdrehmoment aufgebracht, und der Fahrer hat den Eindruck, dass das primäre inverse Eingangsdrehmoment unterstützt wird. Der herkömmliche Stand der Technik hat somit ein Problem, insofern er eine Verschlechterung des Lenkgefühls verursacht.
Als eine Technik in Bezug auf ein derartiges Problem hat die Anmelderin der vorliegenden Erfindung in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2002-29431 eine "elektrische Servolenkvorrichtung" vorgeschlagen, welche Mittel zur Detektion von Drehwinkeln einer einen Lenkmechanismus und ein Lenkrad eines Fahrzeugs miteinander verbindenden Lenkwelle an verschiedenen Stellen in der Axialrichtung der Lenkwelle umfasst, und die Berechnung der Winkelgeschwindigkeiten der Lenkwelle an den betreffenden Stellen auf der Grundlage der Detektionsergebnisse; des Weiteren einen Geschwindigkeitssensor bzw. -messfühler zur Detektion der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs; sowie Steuermittel zur Umkehr der Antriebsrichtung eines Motors, die durch das Ergebnis der Lenkdrehmomentberechnung bestimmt wird, sobald eine vorbestimmte Korrelation zwischen der berechneten Winkelbeschleunigung und der detektierten Fahrzeuggeschwindigkeit festgestellt wird.
Des Weiteren hat die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 10-258756 (1998) eine "Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug" vorgeschlagen, die eine Umschaltung eines Lenkmodes gestattet zwischen einem automatischen Lenkmode, in welchem ein Stellglied bzw. Stellmotor eine Lenkkraft erzeugt auf der Grundlage eines Instruktionssignals von einer Steuereinheit, und einem normalen Lenkmode, in welchem ein Fahrer eine Lenkkraft erzeugt, wobei die Vorrichtung umfasst: Mittel zur Berechnung von Werten entsprechend dem Drehwinkel auf der Lenkradseite der Lenkwelle in einer Zeitreihe; sowie Mittel zum Berechnen von Werten entsprechend dem Drehwinkel auf der Radseite der Lenkwelle in einer Zeitserie, und eine Bewertung bzw. Entscheidung trifft, dass die aufgebrachte Lenkkraft durch den Fahrer aufgebracht wurde, falls eine Änderung im Drehwinkel auf der Lenkradseite einer Änderung im Drehwinkel auf der Radseite vorhergeht, des Weiteren beurteilt und entscheidet, dass die aufgebrachte Lenkkraft auf das Fahrzeug von außerhalb her aufgebracht wurde, falls eine Änderung im Drehwinkel auf der Radseite einer Änderung im Drehwinkel auf der Lenkradseite vorausgeht, und eine Umschaltung von dem automatischen Lenkmode in den normalen Lenkmode vornimmt, sobald der der aufgebrachten Lenkkraft entsprechende Wert gleich dem oder größer als ein vorgegebener Wert ist.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer elektrischen Servolenkvorrichtung mit der Fähigkeit zur Unterscheidung, ob ein Drehmoment durch eine Eingabe von der Seite des Lenkrads her oder durch eine Eingabe von der Seite des Lenkmechanismus her verursacht wurde, und auf der Grundlage des Ergebnisses dieser unterscheidenden Bewertung einen Lenkkraftunterstützungsmotor anzutreiben und zu steuern.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer elektrischen Servolenkvorrichtung mit der Fähigkeit zur Beurteilung des Fahrzustands eines Fahrzeugs mit größeren Einzelheiten und zum Antrieb und Steuern des Lenkkraftunterstützungsmotors auf der Grundlage des so beurteilten Fahrzustands.
Eine elektrische Servolenkvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt ist eine elektrische Servolenkvorrichtung zur Detektion von Drehwinkeln einer ein Lenkrad eines Fahrzeugs mit einen Lenkmechanismus von Rädern verbin denden Lenkwelle in unterschiedlichen Stellungen bzw. Positionen in einer Axialrichtung der genannten Lenkwelle, zur Berechnung von der genannten Lenkwelle auf der Grundlage eines Unterschieds zwischen den detektierten Drehwinkeln erteiltem Drehmoment, und zum Antrieb und Steuern eines mit dem Lenkmechanismus verbundenen Lenkkraftunterstützungsmotors, zur Ausübung einer einer Richtung und Größe des berechneten Drehmoments entsprechenden Lenkunterstützungskraft auf den Lenkmechanismus, wobei die elektrische Servolenkvorrichtung umfasst: Berechnungsmittel zur Berechnung einer Winkelgeschwindigkeit oder Winkelbeschleunigung der Lenkwelle in jeder der Detektionsstellungen, auf der Grundlage der detektierten Drehwinkel; sowie Beurteilungsmittel zur Beurteilung bzw. Feststellung, ob das Drehmoment durch eine Eingangsgröße von Seiten des Lenkrads her oder durch eine Eingangsgröße von Seiten des Lenkmechanismus her hervorgerufen wurde, auf der Grundlage einer durch die genannten Berechnungsmittel berechneten Beziehung zwischen den Winkelgeschwindigkeiten oder einer Beziehung zwischen den Winkelbeschleunigungen, sowie zum Antrieb und Steuern des Motors auf der Grundlage eines Ergebnisses der Beurteilung durch die genannten Beurteilungsmittel.
In der elektrischen Servolenkvorrichtung nach dem ersten Aspekt werden die Drehwinkel der das Lenkrad des Fahrzeugs und den Lenkmechanismus für die Fahrzeugräder verbindenden Lenkwelle an unterschiedlichen Stellen in einer axialen Richtung der Lenkwelle detektiert, das auf die Lenkwelle ausgeübte Drehmoment auf der Grundlage der Differenz zwischen den detektierten Drehwinkeln berechnet, und der mit dem Lenkmechanismus verbundene Lenkkraftunterstützungsmotor so angetrieben und gesteuert, dass er eine der Richtung und Größe des berechneten Drehmoments entsprechende Lenkkraft auf den Lenkmechanismus ausübt. Die Rechenvorrichtung berechnet die Winkelgeschwindigkeit oder Winkelbeschleunigung der Lenkwelle an jeder der Detektionsstellen, auf der Grundlage der detektierten Drehwinkel, die Beurteilungs- und Entscheidungsmittel treffen die Entscheidung, ob das Drehmoment durch eine Eingabe von Seiten des Lenkrads oder durch eine Eingabe von Seiten des Lenkmechanismus her verursacht ist, auf der Grundlage der lage der Beziehung zwischen den Winkelgeschwindigkeiten oder der Beziehung zwischen Winkelbeschleunigungen, wie sie durch die Rechenvorrichtung berechnet wurden, und der Motor wird auf der Grundlage des Ergebnisses der Entscheidung der Beurteilungs- und Entscheidungsmittel angetrieben und gesteuert.
Somit wird die Schaffung einer elektrischen Servolenkvorrichtung ermöglicht, welche zu beurteilen und zu entscheiden vermag, ob das Drehmoment durch einen Eingang von der Lenkradseite her oder durch einen Eingang von der Lenkmechanismusseite her verursacht wurde, und welche den Lenkkraftunterstützungsmotor auf der Grundlage des Ergebnisses dieser Beurteilung und Entscheidung antreibt und steuert.
Eine elektrische Servolenkvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt beruht auf der Grundlage des ersten Aspekts und umfasst des Weiteren Mittel zur Detektion geschwindigkeitsbezogener Werte zur Detektion eines mit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs in Beziehung stehenden Wertes, und bei welcher die Beurteilungsmittel einen Fahr- bzw. Bewegungszustand des Fahrzeugs auf der Grundlage der Beziehung zwischen den Winkelgeschwindigkeiten oder der Beziehung zwischen den Winkelbeschleunigungen und dem durch die Detektionsmittel für den geschwindigkeitsbezogenen Wert detektierten Wert beurteilen, und wobei der Motor auf der Grundlage des durch die Beurteilungsmittel beurteilten Fahr- bzw. Bewegungszustandes angetrieben und gesteuert wird.
In der elektrischen Servolenkvorrichtung nach dem zweiten Aspekt detektiert die Vorrichtung zur Detektion geschwindigkeitsbezogener Werte einen sich auf die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs beziehenden Wert, die Beurteilungs- bzw. Entscheidungsmittel beurteilen den Fahrzustand des Fahrzeugs auf der Grundlage der Beziehung zwischen den berechneten Winkelgeschwindigkeiten oder der Beziehung zwischen den berechneten Winkelbeschleunigungen und dem durch die Vorrichtung zur Detektion geschwindigkeitsbezogener Werte detektierten Wert, und der Motor wird auf der Grundla ge des durch die Beurteilungsmittel festgestellten Fahrzustands angetrieben und gesteuert.
Somit wird die Schaffung einer elektrischen Servolenkvorrichtung ermöglicht, welche den Fahrzustand eines Fahrzeugs mit größeren Einzelheiten zu unterscheiden und zu beurteilen vermag und den Lenkkraftunterstützungsmotor auf der Grundlage des durch die Entscheidungs- und Beurteilungsmittel beurteilten Fahrzustands anzutreiben und zu steuern vermag.
Eine elektrische Servolenkvorrichtung gemäß dem dritten Aspekt beruht auf dem zweiten Aspekt, wobei wenn die Winkelgeschwindigkeit oder die Winkelbeschleunigung größer auf Seiten des Lenkrads, die Drehwinkel beide größer als ein vorgegebener Winkel, und der durch Detektionsmittel für einen geschwindigkeitsbezogenen Wert detektierte Wert kleiner als ein erster relevanter Wert sind, die Beurteilungsmittel die Beurteilung bzw. Entscheidung treffen, dass das Drehmoment durch einen Eingang von Seiten des Lenkrads her verursacht wurde, und eine Ausgangsgröße des Motors erhöht wird.
In der elektrischen Servolenkvorrichtung nach dem dritten Aspekt ist die Anordnung so getroffen, dass wenn die Winkelgeschwindigkeit oder die Winkelbeschleunigung von Seiten des Lenkrads her größer ist, die Drehwinkel beide größer als der vorgegebene Winkel sind, und der von der Vorrichtung zur Detektion geschwindigkeitsbezogener Größen detektierte Wert kleiner als der erste relevante Wert ist, die Beurteilungs- bzw. Entscheidungsmittel die Feststellung treffen, dass das Drehmoment durch einen Eingang von Seiten des Lenkrads her verursacht wurde und dass die Ausgangsgröße des Motors erhöht wird.
Somit wird die Schaffung einer elektrischen Servolenkvorrichtung ermöglicht, welche die Unterstützungslenkkraft zu erhöhen vermag, wenn das Lenkrad sich in einem stationären Lenkzustand während des Parkens befindet oder bei Fahrt mit außerordentlich niedriger Geschwindigkeit.
Eine elektrische Servolenkvorrichtung gemäß dem vierten Aspekt beruht auf dem zweiten oder dritten Aspekt und umfasst des Weiteren: Rollbewegungs-Detektionsmittel zur Detektion eines Rollzustands des Fahrzeugs; sowie Integriermittel zur Integration der entsprechenden detektierten Drehwinkel, wenn die Winkelgeschwindigkeiten beide größer als eine erste Winkelgeschwindigkeit ist, der durch die genannten Detektionsmittel geschwindigkeitsbezogener Werte detektierte Wert größer als ein zweiter relevanter Wert ist, der größer als der erste relevante Wert ist und kleiner als ein dritter relevanter Wert größer als der zweite relevante Wert, und wenn die durch die Rollzustands-Detektionsmittel detektierte Rollbewegung größer als ein vorgegebener Wert ist, und wobei, wenn die von der Integrationsvorrichtung erhaltenen integrierten Werte beide größer als ein vorgegebener integrierter Wert ist, die Beurteilungsmittel die Beurteilung bzw. Entscheidung treffen, dass das Drehmoment durch einen Eingang von Seiten des Lenkrads her verursacht ist, und bei welchem eine Ausgangsgröße des genannten Motors erhöht wird.
In der elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß dem vierten Aspekt detektieren die Roll-Detektionsmittel die Rollbewegung des Fahrzeugs und die Integrationsmittel integrieren die betreffenden detektierten Drehwinkel, wenn die Winkelgeschwindigkeiten beide größer als die erste Winkelgeschwindigkeit sind, der von den Mitteln zur Detektion des geschwindigkeitsbezogenen Wertes detektierte Wert größer als der zweite relevante Wert größer als der erste relevante Wert und kleiner als der dritte relevante Wert größer als der zweite relevante Wert ist, und der durch die Roll-Detektionsmittel detektierte Rollzustand größer als der vorgegebene Wert ist. Wenn die durch die Integrationsvorrichtung gegebenen integrierten Werte beide größer als der vorgegebene integrierte Wert sind, treffen die Beurteilungs- bzw. Entscheidungsmittel die Feststellung, dass das Drehmoment durch einen Eingang von der Lenkradseite her verursacht wird, und die Ausgangsgröße des Motors wird erhöht.
Somit wird die Schaffung einer elektrischen Servolenkvorrichtung ermöglicht, welche die Lenkunterstützungskraft zu erhöhen vermag, wenn das Fahrzeug auf einer bergigen Straße fährt.
Eine elektrische Servolenkvorrichtung gemäß dem fünften Aspekt beruht auf dem vierten Aspekt, wobei wenn die Winkelgeschwindigkeit auf Seiten des Lenkrads kleiner als eine zweite Winkelgeschwindigkeit ist, die kleiner als die erste Winkelgeschwindigkeit ist, und wenn die Winkelgeschwindigkeit oder die Winkelbeschleunigung auf Seiten des Lenkmechanismus größer als ein entsprechender vorgegebener Wert ist, und der durch die Mittel zur Detektion geschwindigkeitsbezogener Werte detektierte Wert größer als der dritte relevante Wert ist, die genannten Beurteilungsmittel die Beurteilung bzw. Entscheidung treffen, dass das Drehmoment durch eine Eingangsgröße von Seiten des Lenkmechanismus her verursacht ist, und wobei der Motor so angetrieben und gesteuert wird, dass das Drehmoment aufgehoben wird.
In der elektrischen Servolenkvorrichtung nach dem fünften Aspekt wird somit erreicht, dass wenn die Winkelgeschwindigkeit auf der Lenkradseite kleiner als die zweite Winkelgeschwindigkeit kleiner als die erste Winkelgeschwindigkeit ist, wenn die Winkelgeschwindigkeit oder die Winkelbeschleunigung auf Seiten des Lenkmechanismus größer als ein entsprechender vorgegebener Wert ist, und wenn der von der Vorrichtung zur Detektion eines geschwindigkeitsbezogenen Wertes detektierte Wert größer als der dritte relevante Wert ist, die Beurteilungs- bzw. Entscheidungsvorrichtung die Feststellung trifft, dass das Drehmoment durch eine Eingabe von Seiten des Lenkmechanismus her verursacht wurde und der Lenkkraftunterstützungsmotor so angetrieben und gesteuert wird, dass das Drehmoment aufgehoben wird.
Somit wird die Schaffung einer elektrischen Servolenkvorrichtung ermöglicht, welche das Auftreten von Kickback zu annulieren vermag, wenn das Fahrzeug das Kickback während Fahrt mit hoher Geschwindigkeit erfährt, um zu verhindern, dass das Lenkrad dem Fahrer durch die Hände schlüpft.
Diese und weitere Ziele, Gegenstände und Merkmale der Erfindung ergeben sich näher aus der folgenden detaillierten Beschreibung mit den beigefügten Zeichnungen.
Diese und weitere Ziele, Gegenstände und Merkmale der Erfindung ergeben sich näher aus der folgenden detaillierten Beschreibung mit den beigefügten Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das den wesentlichen Aufbau einer Ausführungsform einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel des wesentlichen Strukturaufbaus eines Drehmomentfühlers bzw. -sensors zeigt;
3A–3C sind Wellenformdarstellungen der Detektionssignale der magnetischen Sensoren bzw. Fühler des Drehmomentsensors;
4 ist eine Schnittansicht, welche die Struktur einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist ein Fließschema zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 ist ein Fließschema zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels des wesentlichen Strukturaufbaus eines Drehmomentsensors bzw. -fühlers; sowie
8 ist eine Schnittansicht, welche den Strukturaufbau einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die folgende Beschreibung erläutert die vorliegende Erfindung im Detail, mit Bezugnahme auf die Zeichnungen, welche einige Ausführungsformen veranschaulichen.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Blockdiagramm, das den wesentlichen Aufbau einer Ausführungsform einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser elektrischen Servolenkvorrichtung werden Drehmoment-Detektionssignale, die von einem Drehmomentfühler bzw. -sensor 1 detektiert und als Ausgangsgrößen zur Detektion des auf eine (nicht dargestellte) Lenkwelle ausgeübten Drehmoments geliefert werden, durch eine Verarbeitungs- bzw. Prozessschaltung 10 verarbeitet. Die resultierenden Drehmomentsignale von der Verarbeitungsschaltung 10 sowie absolute Lenkwinkelsignale auf der Lenkradseite und auf der (nicht dargestellten) Lenkmechanismusseite der Lenkwelle werden einer Steuereinheit 2 zugeführt. Des Weiteren werden ein von einem Geschwindigkeitssensor bzw. -fühler 11 detektiertes und als Ausgangsgröße zur Detektion der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs geliefertes Geschwindigkeitssignal sowie ein durch einen Giergeschwindigkeitssensor 12 detektiertes Giergeschwindigkeitssignal zur Detektion einer Rollbewegung des Fahrzeugs der Steuereinheit 2 zugeführt.
Ein von der Steuereinheit 2 als Ausgangsgröße geliefertes Relaissteuersignal wird als Eingangsgröße einer Relaisantriebsschaltung 5 zugeführt. Die Relaisantriebsschaltung 5 schaltet einen störsicheren Relaiskontakt 5a ein oder aus, je nach dem Relaissteuersignal. Auf der Grundlage der Drehmomentsignale, des Geschwindigkeitssignals, des Giergeschwindigkeitssignals, sowie eines weiter unten beschriebenen Motorstromsignals, fragt die Steuereinheit 2 eine Drehmoment-/Stromtabelle 8a in einem an Bord des Fahrzeugs befindlichen Speicher ab und erzeugt hierdurch Motorstrom-Zielwerte bzw. -beträge. Es sei darauf hingewiesen, dass das Geschwindigkeitssignal nicht auf das eine oben erwähnte Signal beschränkt ist und dass es ein Signal sein kann, das einen Wert anzeigt, der sich auf die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, beispielsweise die Rotationsgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des Motors, die Rotationsgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des Rads oder die Rotationsgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des Motors bezieht, falls das Fahrzeug ein elektrisches Fahrzeug ist.
Die Steuereinheit 2 liefert die von ihr erzeugten Motorstrom-Zielwerte als ein impulsbreitenmoduliertes (PWM – pulse width modulation) Signal sowie ein eine Drehrichtung anzeigendes Signal an eine Motorantriebsschaltung 3. Die Motorantriebsschaltung 3 wird über den störsicheren Relaiskontakt 5a aus einer Bordbatterie P mit Strom bzw. Spannung versorgt und bewirkt einen Drehantrieb eines Lenkkraftunterstützungsmotors 4 auf der Grundlage der zugeführten Motorstrom-Zielwerte. Der in dem Motor 4 fließende Motorstrom wird durch eine Motorstrom-Detektionsschaltung 7 detektiert und der Steuereinheit 2 als ein Motorstromsignal zugeführt und dient zur Feedback-Steuerung des Motorstroms.
2 ist eine Darstellung, welche schematisch ein Beispiel des wesentlichen Strukturaufbaus des Drehmomentsensors bzw. -fühlers 1 zeigt. In diesem Drehmomentsensor 1 sind eine Eingangswelle 16, die an ihrem oberen Ende mit einem Lenkrad 15 verbunden ist, und eine Ausgangswelle 17, die an ihrem unteren Ende mit einem Ritzel 18 eines Lenkmechanismus verbunden ist, koaxial miteinander durch eine Torsionsstange 19 kleinen Durchmessers verbunden, derart, dass sie eine Lenkwelle 13 zur Verbindung des Lenkrads 15 und des Lenkmechanismus bilden und Teile bzw. Bereiche in der Nachbarschaft der Verbindungsteile der Eingangswelle 16 und der Ausgangswelle 17 sind wie folgt aufgebaut.
Auf der Eingangswelle 16 ist eine scheibenförmige Targetplatte 20 koaxial aufgepasst und benachbart dem einen Ende des Verbindungsteils mit der Ausgangswelle 17 befestigt, und an der äußeren Umfangsfläche der Targetplatte 20 sind Targets 21, beispielsweise 36 Targets, bei denen es sich um magnetische Vorsprünge handelt, in gleichen Abständen in Umfangsrichtung angebracht. Die Targets 21 bestehen aus Zähnen eines Stirnzahnrads mit einem Evolventen-Zahnprofil, ein ringförmiges Stirnrad bildet die Targetplatte 20 und die Targets 21.
Eine Targetplatte 20 mit Targets 21 gleicher Art wie vorstehend beschrieben ist auch in benachbart einem Ende des Verbindungsteils der Ausgangswelle 17 mit der Eingangswelle 16 aufgepasst und befestigt. Die Targets 21 der Targetplatte 20 auf der Seite der Ausgangswelle 17 und die Targets 21 der Targetplatte 20 auf der Seite der Eingangswelle 16 sind miteinander in Umfangsrichtung ausgerichtet. Es sei darauf hingewiesen, dass es auch möglich ist, die Eingangswelle 16 und die Ausgangswelle 17 aus magnetischem Material herzustellen und die Zähne durch Zahnradfräsung der Umfangsflächen dieser Eingangswelle 16 und Ausgangswelle 17 auszubilden.
Des Weiteren ist auf der Eingangswelle 16 eine Targetplatte 22 von annährend gleicher Form wie die Targetplatte 20 aufgepasst und koaxial auf der dem Lenkrad 15 zugewandten Seite der Targetplatte 20 befestigt, und ein Target 23 in Form eines magnetischen Vorsprungs ist in Umfangsrichtung am Außenumfang der Targetplatte 22 vorgesehen. Das Target 23 ist spiralig in Form einer Wicklung am Außenumfang der Targetplatte 22 ausgebildet.
Außerhalb der Targetplatten 20 und 22 ist eine Sensorbox 14 so vorgesehen, dass sie den äußeren Kanten der Targets 21 und 23 an den Außenumfängen der Targetplatten 20 und 22 gegenüber steht. Die Sensorbox 14 ist an einem stationären Teil wie beispielsweise einem Gehäuse für die Lagerung der Eingangswelle 16 und der Ausgangswelle 17 befestigt und gehaltert. In der Sensorbox 14 sind magnetische Sensoren 1A, 1B, welche mit unterschiedlichen Teilen in Umfangsrichtung der Targetplatte 21 auf der Seite der Eingangswelle 16 ausgerichtet sind, und magnetische Sensoren 2A, 2B, welche mit unterschiedlichen Teilen bzw. Bereichen in Umfangsrichtung der Targetplatte 21 auf Seiten der Ausgangswelle 17 ausgerichtet sind, so untergebracht, dass ihre jeweiligen Stellungen in Umfangsrichtung richtig ausgerichtet sind. Ebenfalls in der Sensorbox 14 ist ein magnetischer Sensor 1C untergebracht, der mit einem Bereich des Targets 23 der Targetplatte 22 ausgerichtet ist.
Die magnetischen Sensoren 1A, 2A, 1B, 2B, 1C sind Sensoren, die unter Verwendung von Elementen wie beispielsweise Magneto-Widerstandseffekt-Elementen (MR-Elementen, Magneto Resistance Elementen) hergestellt sind, deren elektrische Eigenschaften (Widerstände) sich mit der Wirkung des Magnetfelds ändern, derart, dass die Detektionssignale je nach den sich annähernden Bereichen der gegenüberstehenen Targets 21 und 23 variieren. Diese Detektionssignale werden der innerhalb oder außerhalb der Sensorbox 14 angeordneten, aus einem Mikroprozessor bestehenden Verarbeitungsschaltung 10 zugeführt.
Die Magnetsensoren 1A, 2A, 1B, 2B liefern als Ausgangsgrößen Detektionssignale analog einer Dreieckswelle oder einer Sinuswelle, wie in den 3A und 3B gezeigt, entsprechend dem Durchtritt der betreffenden Targets 21. Diese Detektionssignale besitzen zwar eine maximale nicht-lineare Änderungsgeschwindigkeit in der Nachbarschaft des Übergangs vom Anstieg zum Abfall oder vom Abfall zum Anstieg, jedoch können sie durch eine weiter unten beschriebene Signalverarbeitungsmethode kompensiert werden. Andererseits liefert der magnetische Sensor 1C ein Detektionssignal mit einer in einer Richtung ansteigenden oder abfallenden Wellenform, wie in 3C gezeigt, je nach dem Durchgang des Targets 23. Mit einer Drehung der Targetplatte 22 wird ein Zyklus des Detektionssignals als Ausgangsgröße geliefert.
In dem in dieser Weise ausgebildeten Drehmomentsensor bzw. -fühler 1 geben die magnetischen Sensoren 1A, 1B (2A, 2B) als Ausgangsgrößen Detektionssignale ab, die gemäß einer Änderung im Rotationswinkel der Eingangswelle 16 (Ausgangswelle 17) ansteigen und abfallen, wie in den 3A und 3B während einer Periode, in welchen die Targets 21 die mit den betreffenden Sensoren ausgerichteten Stellungen durchwandern, gezeigt.
Die Detektionssignale der Magnetsensoren 1A und 1B entsprechen dem Drehwinkel der Eingangswelle 16, welche die den Magnetsensoren 1A und 1B entsprechenden Targets 21 besitzt, während die Detektionssignale der Magnetsensoren 2A und 2B dem Drehwinkel der Ausgangswelle 17 entsprechen, welche die mit den Magnetsensoren 2A und 2B ausgerichteten Targets 21 besitzt. Daher kann die Verarbeitungsschaltung 10 den relativen Drehwinkel der Eingangswelle 16 aus den Detektionssignalen der Magnetsensoren 1A und 1B berechnen und die Verarbeitungsschaltung 10 und die Magnetsenso ren 1A und 1B wirken als eine Drehwinkeldetektionsvorrichtung für die Eingangswelle 16. Daneben kann die Verarbeitungsschaltung 10 den relativen Drehwinkel der Ausgangswelle 17 aus den Detektionssignalen der Magnetsensoren 2A und 2B berechnen.
Bei Anlegen bzw. Ausüben eines Drehmoments auf die Eingangswelle 16 tritt ein Unterschied zwischen einem Detektionssignal der Magnetsensoren 1A, 1B und einem Detektionssignal 2A, 2B auf. Die Magnetsensoren 1A, 2A und die Magnetssensoren 1B, 2B besitzen eine Phasendifferenz von 90° im elektrischen Winkel, beispielsweise in der Umfangsrichtung der Targetplatten 20. Wenngleich die Detektionssignale eine maximale nicht-lineare Änderungsgeschwindigkeit bei dem Maximalwert und dem Minimalwert besitzen, welche die Übergangspunkte zwischen Anstieg oder Abfall sind, können sie infolge der Phasendifferenz gegenseitig kompensiert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Phasendifferenz einen beliebigen Winkel zwischen 1° und 360° im elektrischen Winkel betragen kann, wenn die Kompensation möglich ist.
Hier entspricht der Unterschied zwischen dem Detektionssignal des magnetischen Sensors 1A und dem Detektionssignal des magnetischen Sensors 2A oder der Unterschied zwischen dem Detektionssignal des magnetischen Sensors 1B und dem Detektionssignal des magnetischen Sensors 2B dem Unterschied bzw. der Differenz der relativen Drehwinkel zwischen der Eingangswelle 16 und der Ausgangswelle 17 (relative Winkelverschiebung). Diese relative Winkelverschiebung bzw. -verstellung entspricht dem Torsionswinkel, der in der die Eingangswelle 16 und die Ausgangswelle 17 verbindenden Torsionsstange 19 unter der Wirkung des der Eingangswelle 16 erteilten Drehmoments erzeugt wird. Es ist daher möglich, das auf die Eingangswelle 16 ausgeübte Drehmoment auf der Grundlage des vorstehend erwähnten Unterschieds zwischen den Detektionssignalen zu berechnen.
Der Magnetsensor 1C hingegen liefert als Ausgangsgröße ein Detektionssignal mit einer in einer Richtung ansteigenden oder abfallenden Wellenform, wie in 3C gezeigt. Da das Detektionssignal eines Zyklus bzw. einer Periode als Ausgangsgröße bei einer Drehung der Targetplatte 22 abgegeben wird, ist es möglich, das Detektionssignal der Drehstellung der Targetplatte 22 zuzuordnen. Somit lässt sich ein absoluter Lenkwinkel vom Lenkwinkelmittelpunkt des Lenkrads 15 und der Eingangswelle 16 aus dem Detektionssignal des Magnetsensors 1C berechnen, und ein absoluter Lenkwinkel von dem Lenkwinkelmittelpunkt der Ausgangswelle 17 kann unschwer aus der oben erwähnten relativen Winkelverstellung berechnet werden. Somit erzeugt die Verarbeitungsschaltung 10 als Ausgangsgrößen das berechnete Drehmomentsignal und die absoluten Steuerwinkelsignale der Eingangswelle 16 und der Ausgangswelle 17.
4 ist eine Schnittansicht, welche den Strukturaufbau einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese elektrische Servolenkvorrichtung umfasst: eine mit dem Lenkrad 15 verbundene Eingangswelle 32 (16); eine koaxial mit der Eingangswelle 32 über die Torsionsstange 19 verbundene Ausgangswelle 34 (17), einen Sensor bzw. Messfühler 30 zur Detektion von auf die Eingangswelle 32 bei einer Drehung des Lenkrads 15 aufgebrachtem Drehmoment, auf der Grundlage der an der Stange 19 erzeugten Torsion; und den Lenkkraftunterstützungsmotor 4, der von der Steuereinheit 2 über die Motorantriebsschaltung 3 angetrieben wird, auf der Grundlage des durch den Sensor 30 detektierten Drehmoments, und überträgt die Drehung des Motors 4 auf die Ausgangswelle 34 über ein Reduzier- bzw. Untersetzungsgetriebe 37 und auf den (nicht gezeigten) Lenkmechanismus über mit der Ausgangswelle 34 verbundene Übertragungsmittel.
Die Eingangswelle 32 besitzt ein zylindrisches Teil 32a, in welches das eine Ende der Torsionsstange 19 eingesetzt ist, sowie die Targets (und Targetplatten) 21, 23, die auf die Außenoberfläche des zylindrischen Targets 32a aufgepasst und befestigt sind. Ein Ende des zylindrischen Targets 32a ist mittels eines Nadellagers 39 drehbar in einem Gehäuse 40 gelagert. Die Ausgangswelle 34 ist zylinderförmig ausgebildet, und das andere Ende des zylindrischen Teils 32a sowie das andere Ende der Torsionsstange 19 sind in die Ausgangswelle 34 eingesetzt. Die Ausgangswelle 34 trägt an ihrem einen Ende das Target 21 benachbart dem Target 21 auf Seiten der Eingangswelle 32. Der Mittelbereich der Ausgangswelle 34 in axialer Richtung ist mittels Kugellagern 42 und 43 in dem Gehäuse 40 drehbar gelagert.
Nunmehr wird anhand der Fließschemata von 5 und 6 in der folgenden Beschreibung die Wirkungsweise der elektrischen Servolenkvorrichtung mittels eines derartigen Aufbaus erläutert.
Die Steuereinheit 2 initialisiert zunächst die Parameter (S1) und liest dann eine Fahrzeuggeschwindigkeit v von dem Geschwindigkeitssensor 11, ein Drehmomentsignal von der Verarbeitungsschaltung 10, absolute Lenkwinkel θ₁, θ₂ der Eingangswelle 16 und der Ausgangswelle 17, sowie eine Giergeschwindigkeit G von dem Giergeschwindigkeitssensor 12 (S2) ab. Als nächstes berechnet die Steuereinheit 2 Absolutwerte |θ₁'|, |θ₂'| der Winkelgeschwindigkeiten der Eingangswelle 16 und der Ausgangswelle 17 auf der Grundlage der absoluten Lenkwinkel θ₁, θ₂ (S3).
Als nächstes beurteilt die Steuereinheit 2, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit v größer als eine vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit V1 (erster relevanter Wert), der nahe Null liegt (S4), ist. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit v nicht größer als die vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit V1 ist, stellt die Steuereinheit 2 die weiter unten beschriebenen Integrationswerte s₃, s₄ (S8) zurück und beurteilt sodann, ob die gemessene Zeit T Null ist oder nicht (S9). Wenn die gemessene Zeit T Null ist (S9) beurteilt die Steuereinheit 2, ob der Absolutbetrag |θ₁'| der Winkelgeschwindigkeit der Eingangswelle 16 größer als der Absolutbetrag |θ₂'| der Winkelgeschwindigkeit der Ausgangswelle 17 (S12) ist. Ist der Absolutwert |θ₁'| der Winkelgeschwindigkeit der Eingangswelle 16 größer, so beurteilt die Steuereinheit 2, ob die Absolutwerte |θ₁|, |θ₂| der Drehwinkel der Eingangswelle 16 und der Ausgangswelle 17 beide größer als ein vorgegebener Winkel Θ1 (S13) sind.
Wenn beide Absolutwerte |θ₁|, |θ₂| der Drehwinkel der Eingangswelle 16 und der Ausgangswelle 17 größer als der vorgegebene Winkel Θ1 (S13) sind, beurteilt die Steuereinheit 2, ob wenigstens einer der weiter unten beschriebenen integrierten Beträge s₁, s₂ größer als ein vorgegebener integrierter Wert S1 (S14) ist. Ist keiner der integrierten Beträge s₁, s₂ größer als der vorgegebene integrierte Wert S1, so trifft die Steuereinheit 2 das Urteil bzw. die Feststellung, dass das Lenkrad sich in einem stationären Lenkzustand beim Parken befindet oder mit einer außerordentlich niedrigen Geschwindigkeit läuft, und die Steuereinheit erhöht die Lenkunterstützungskraft (assisting force) (S15). Nach Berechnen der integrierten Beträge s₁, s₂ der Absolutwerte |θ₁|, |θ₂| der Drehwinkel der Eingangswelle 16 und der Ausgangswelle 17 (S16) bewirkt die Steuereinheit 2 eine Lenkunterstützung (S17) und nimmt sodann das nächste Sampling vor.
Falls wenigstens einer der integrierten Werte s₁, s₂ größer als der vorgegebene Integrationswert S1 ist (S14), trifft die Steuereinheit 2 das Urteil bzw. die Feststellung, dass über eine lange Zeit eine stationäre Lenkung stattgefunden hat. Sodann beginnt die Steuereinheit 2 nach Rückstellung der Integrationswerte s₁, s₂ (S18) die Messung einer Abkühlzeit T, um ein In-Brand-Geraten bzw. eine Überhitzung der Motorantriebsschaltung 3 und des Motors 4 zu verhindern und beurteilt sodann bzw. stellt fest, ob die Abkühlzeit T eine vorgegebene Abkühlzeit T1 erreicht hat (S10). Falls und sobald die Abkühldauer T die vorgegebene Abkühlzeit T1 erreicht hat, stellt die Steuereinheit 2 die Kühlzeit T zurück (S11) und beurteilt sodann bzw. stellt fest, ob der Absolutbetrag |θ₁'| der Winkelgeschwindigkeit der Eingangswelle 16 größer als der Absolutbetrag |θ₂'| der Winkelgeschwindigkeit der Ausgangswelle 17 (S12) ist.
Wenn die Abkühlzeit T die vorgegebene Abkühlzeit T1 nicht erreicht hat (S10), wenn der Absolutbetrag |θ₁'| der Winkelgeschwindigkeit der Eingangswelle 16 nicht größer als der Absolutbetrag |θ₂'| der Winkelgeschwindigkeit der Ausgangswelle 17 ist (S12) oder wenn keiner der Absolutbeträge |θ₁|, |θ₂| der Winkelgeschwindigkeit der Eingangswelle 16 und der Aus gangswelle 17 größer als der vorgegebene Winkel Θ1 (S13) ist, bewirkt die Steuereinheit 2 eine normale Lenkunterstützung (ohne Erhöhung der Stützkraft) (S17) und nimmt den nächsten Samplingvorgang (S2) vor.
Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit v größer als die vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit V1 ist, die nahe Null ist (S4), stellt die Steuereinheit 2 die Kühlzeit T und die integrierten Werte s₁, s₂ (S5) zurück und beurteilt sodann bzw. stellt fest, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit v größer als eine vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit V2 (zweiter relevanter Wert) ist, die größer als die vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit V1 (S6) ist. Falls die Fahrzeuggeschwindigkeit v größer als die vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit V2 ist, beurteilt die Steuereinheit 2 bzw. stellt fest, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit v größer als eine vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit V3 (dritter relevanter Wert) ist, die größer als die vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit V2 ist (S7). Ist die Fahrzeuggeschwindigkeit v nicht größer als die vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit V3 (S7), so beurteilt die Steuereinheit 2, ob der Absolutwert |θ₁'| der Winkelgeschwindigkeit der Eingangswelle 16 größer als eine vorgegebene Winkelgeschwindigkeit Θ2 (erste Winkelgeschwindigkeit) ist (S20). Ist sie größer als diese vorgegebene Winkelgeschwindigkeit Θ2, so beurteilt die Steuereinheit 2 bzw. stellt fest, ob der Absolutbetrag |θ₂'| der Winkelgeschwindigkeit der Ausgangswelle 17 größer als die vorgegebene Winkelgeschwindigkeit Θ2 ist (S21).
Wenn der Absolutwert |θ₂'| der Winkelgeschwindigkeit der Ausgangswelle 17 größer als die vorgegebene Winkelgeschwindigkeit Θ2 (S21) ist, beurteilt die Steuereinheit 2 bzw. stellt fest, ob die Giergeschwindigkeit bzw. -rate G von dem Giergeschwindigkeitssensor 12 größer als ein vorgegebener Wert G1 ist (S22). Ist die Gierrate G größer als der vorgegebene Wert G1 (S22), so berechnet die Steuereinheit 2 die integrierten Werte s₃, s₄ der Absolutwerte |θ₁|, |θ₂| der Drehwinkel der Eingangswelle 16 und der Ausgangswelle 17 (S23), und beurteilt sodann bzw. stellt fest, ob die integrierten Werte s₃, s₄ beide größer als ein vorgegebener integrierter Wert S2 sind (S24, S25).
Wenn beide integrierten Werte s₃, s₄ größer als der vorgegebene integrierte Wert S2 sind (S24, S25), trifft die Steuereinheit 2 die Entscheidung, dass das Fahrzeug auf einer bergigen Straße fährt und erhöht die Lenkunterstützungskraft (S26), nimmt eine Lenkunterstützung vor (S27) und führt den nächsten Samplingvorgang (S2) aus. Falls die Fahrzeuggeschwindigkeit v nicht größer als die vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit V2 (S6) ist, falls der Absolutwert |θ₁'| der Winkelgeschwindigkeit der Eingangswelle 16 nicht größer als die vorgegebene Winkelgeschwindigkeit θ₂ ist, falls die Gierrate G nicht größer als der vorgegebene Wert G1 (S22) ist, oder wenn wenigstens eine der integrierten Werte s₃, s₄ nicht größer als der vorgegebene integrierte Wert S2 (S24, S25) ist, bewirkt die Steuereinheit 2 eine normale Lenkunterstützung (ohne Erhöhung der Unterstützungskraft) (S27) und nimmt den nächsten Samplingvorgang (S2) vor.
Ist die Fahrzeuggeschwindigkeit v größer als die vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit V3 (S7), so stellt die Steuereinheit 2 die integrierten Werte s₃, s₄ zurück (S28) und beurteilt sodann bzw. stellt fest, ob der Absolutwert |θ₁'| der Winkelgeschwindigkeit der Eingangswelle 16 größer als eine vorgegebene Winkelgeschwindigkeit Θ3 (die zweite Winkelgeschwindigkeit) ist, die nahe Null liegt (S29). Ist sie nicht größer als die vorgegebene Winkelgeschwindigkeit Θ3, so beurteilt die Steuereinheit 2, ob der Absolutwert |θ₂'| der Winkelgeschwindigkeit der Ausgangswelle 17 größer als eine vorgegebene Winkelgeschwindigkeit Θ4 (vorgegebener Wert) ist (S30). Ist der Absolutwert |θ₂'| der Winkelgeschwindigkeit der Ausgangswelle 17 größer als die vorgegebene Winkelgeschwindigkeit Θ4 (S27), so trifft die Steuereinheit 2 die Entscheidung bzw. die Feststellung, dass das Fahrzeug während Fahrt mit hoher Geschwindigkeit Kickback erfahren hat, und erzeugt als Ausgangsgröße eine Reaktionskraft gegen Kickback zur Beseitigung des Kickbacks, um zu verhindern, dass das Lenkrad unter den Händen des Fahrers durchschlüpft (S31), bewirkt Lenkunterstützung (S27) und führt den nächsten Samplingvorgang aus (S2).
Ist der Absolutwert |θ₁'| der Winkelgeschwindigkeit der Eingangswelle 16 größer als die vorgegebene Winkelgeschwindigkeit Θ3, die nahe Null ist (S29), oder wenn der Absolutwert |θ₂'| der Winkelgeschwindigkeit der Ausgangswelle 17 nicht größer als die vorgegebene Winkelgeschwindigkeit Θ4 (S30) ist, so bewirkt die Steuereinheit 2 eine normale Lenkunterstützung (ohne Erhöhung der Unterstützungskraft) (S27) und nimmt den nächsten Samplingvorgang (S2) vor.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 1 werden zwar der Absolutwert |θ₁'| der Winkelgeschwindigkeit der Eingangswelle 16 und der Absolutwert |θ₂'| der Winkelgeschwindigkeit der Ausgangswelle 17 verwendet, jedoch ist es auch möglich, dieselben Operationen unter Verwendung eines Absolutwerts |θ₁''| der Winkelbeschleunigung der Eingangswelle 16 und eines Absolutwerts |θ₂''| der Winkelbeschleunigung der Ausgangswelle 17 anstelle von |θ₁'| und |θ₂'| vorzunehmen.
Zweite Ausführungsform
7 ist eine schematische Darstellung, welche schematisch ein Beispiel des wesentlichen Strukturaufbaus eines Drehmomentsensors bzw. -fühlers einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Dieser Drehmomentsensor 1a ist unter Weglassung der Targetplatte 22 und des Targets 23 aus dem oben beschriebenen Drehmomentsensor 1 (2) konstruiert und unter Verwendung einer Sensorbox 14a, die durch Fortlassung des magnetischen Sensors 1C aus der Sensorbox 14 erhalten wird; und dieser Drehmomentsensor erzeugt als Ausgangsgrößen ein Drehmomentsignal und relative Lenkwinkelsignale der Eingangswelle 16 und der Ausgangswelle 17 aus einer Verarbeitungsschaltung 10a.
Ein Blockdiagramm, das den wesentlichen Strukturaufbau der zweiten Ausführungsform der elektrischen Servolenkvorrichtung zeigt, ist dasselbe wie das Blockdiagramm (1), welches den wesentlichen Strukturaufbau der ersten Ausführungsform der elektrischen Servolenkvorrichtung der vorliegen den Erfindung zeigt, mit dem Unterschied, dass der Drehmomentsensor 1 durch den Drehmomentsensor 1a ersetzt ist.
8 zeigt in Schnittansicht den Strukturaufbau einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese elektrische Servolenkvorrichtung ist so aufgebaut, dass der Sensor 30 und das Target 23 aus der Konstruktion der oben beschriebenen elektrischen Servolenkvorrichtung fortgelassen wird und die Vorrichtung einen Sensor 30a aufweist.
In einer elektrischen Servolenkvorrichtung dieses Aufbaus speichert die Steuereinheit 2, als Lenkwinkel-Mittelpunkte, jeweils die Stellungen der Eingangswelle 16 und der Ausgangswelle 17, wenn das Fahrzeug während einer vorgegebenen Zeitdauer oder länger als diese mit einer vorgegeben Geschwindigkeit oder einer höheren Geschwindigkeit gelaufen ist in einem Zustand, der im Wesentlichen keine Phasendifferenz zwischen der Eingangswelle 16 und der Ausgangswelle 17 hervorruft, auf der Grundlage der relativen Lenkwinkelsignale der Eingangswelle 16 und der Ausgangswelle 17 aus der Verarbeitungsschaltung 10a, und die Steuereinheit 2 berechnet dann die absoluten Lenkwinkel θ₁, θ₂ der Eingangswelle 16 und der Ausgangswelle 17 auf der Grundlage der Lenkwinkel-Mittelpunkte. Da der Strukturaufbau und die Arbeitsweise dieselben wie die der ersten Ausführungsform der elektrischen Servolenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung sind, erübrigt sich eine Beschreibung dieser Struktur und Arbeitsweise.

Claims

Elektrische Servolenkvorrichtung zur Detektion von Drehwinkeln einer ein Lenkrad (15) eines Fahrzeugs und einen Lenkmechanismus von Rädern miteinander verbindenden Lenkwelle (13), in unterschiedlichen Stellungen bzw. Positionen in einer Axialrichtung der genannten Lenkwelle (13), zur Berechnung von der genannten Lenkwelle (13) auf der Grundlage eines Unterschieds zwischen den detektierten Drehwinkeln erteiltem Drehmoment, und zum Antrieb und Steuern eines mit dem genannten Lenkmechanismus verbundenen Lenkkraftunterstützungsmotors (4), zur Ausübung einer einer Richtung und Größe des berechneten Drehmoments entsprechenden Lenkunterstützungskraft auf den genannten Lenkmechanismus, die genannte elektrische Servolenkvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: Berechnungsmittel (2: S3) zur Berechnung einer Winkelgeschwindigkeit oder Winkelbeschleunigung der genannten Lenkwelle (13) in jeder der Detektionsstellungen, auf der Grundlage der detektierten Drehwinkel; sowie Beurteilungs- bzw. Feststellungsmittel (2) zur Beurteilung bzw. Feststellung, ob das Drehmoment durch eine Eingangsgröße von Seiten des Lenkrads (15) her oder durch eine Eingangsgröße von Seiten des Lenkmechanismus her hervorgerufen wurde, auf der Grundlage einer durch die genannten Berechnungsmittel (2: S3) berechneten Beziehung zwischen den Winkelgeschwindigkeiten oder einer Beziehung zwischen den Winkelbeschleunigungen, sowie zum Antrieb und Steuern des genannten Motors (4) auf der Grundlage eines Ergebnisses der Beurteilung bzw. Feststellung seitens der die genannten Beurteilungsmittel (2).
Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, welche des Weiteren Mittel (11) zur Detektion geschwindigkeitsbezogener Werte zur Detektion eines mit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs in Beziehung stehenden Wertes umfasst, und bei welcher die genannten Beurteilungs- bzw. Feststellungsmittel (2) einen Fahr- bzw. Bewegungszustand des Fahrzeugs auf der Grund- und bei welcher die genannten Beurteilungs- bzw. Feststellungsmittel (2) einen Fahr- bzw. Bewegungszustand des Fahrzeugs auf der Grundlage der Beziehung zwischen den Winkelgeschwindigkeiten oder der Beziehung zwischen den Winkelbeschleunigungen und dem durch die genannten Detektionsmittel (11) für den genannten geschwindigkeitsbezogenen Wert detektierten Wert beurteilen bzw. feststellen, und wobei der genannte Motor (4) auf der Grundlage des durch die Beurteilungsmittel (2) beurteilten Fahr- bzw. Bewegungszustandes angetrieben und gesteuert wird.
Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher, wenn die Winkelgeschwindigkeit oder die Winkelbeschleunigung größer auf der Seite des Steuerrads (15) sind, die Drehwinkel beide größer als ein vorgegebener Winkel sind, und der durch Detektionsmittel (11) für einen geschwindigkeitsbezogenen Wert detektierte Wert kleiner als ein erster relevanter Wert ist, die genannten Beurteilungs- bzw. Feststellungsmittel (2) die Beurteilung bzw. Entscheidung treffen, dass das Drehmoment durch einen Eingang von Seiten des Lenkrads (15) her verursacht wurde, und die Ausgangsgröße des genannten Motors (4) erhöht wird.
Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, des Weiteren umfassend: Rollbewegungs-Detektionsmittel (12) zur Detektion eines Rollzustands des Fahrzeugs; sowie Integriermittel (2: S3) zur Integration der entsprechenden detektierten Drehwinkel, wenn die Winkelgeschwindigkeiten beide größer als eine erste Winkelgeschwindigkeit sind, der durch die genannten Detektionsmittel (11) geschwindigkeitsbezogener Werte detektierte Wert größer als ein zweiter relevanter Wert ist, der größer als der erste relevante Wert ist und kleiner als ein dritter relevanter Wert größer als der zweite relevante Wert, und wenn die durch die Rollzustands-Detek tions mittel (12) detektierte Rollbewegung größer als ein vorgegebener Wert ist, bei welcher, wenn die von der genannten Integrationsvorrichtung (2: S23) erhaltenen integrierten Werte beide größer als ein vorgegebener integrierter Wert sind, die genannten Beurteilungs- bzw. Feststellungsmittel (2) die Beurteilung bzw. Entscheidung treffen, dass das Drehmoment durch einen Eingang von Seiten des Steuerrads (15) her verursacht ist, und bei welchem eine Ausgangsgröße des genannten Motors (4) erhöht wird.
Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher wenn die Winkelgeschwindigkeit auf Seiten des Lenkrads (15) kleiner als eine zweite Winkelgeschwindigkeit ist, die kleiner als die erste Winkelgeschwindigkeit ist, und wenn die Winkelgeschwindigkeit oder die Winkelbeschleunigung auf Seiten des Lenkmechanismus größer als ein entsprechender vorgegebener Wert ist, und der durch die Mittel (11) zur Detektion geschwindigkeitsbezogener Werte detektierte Wert größer als der dritte relevante Wert ist, die genannten Beurteilungs- bzw. Feststellungsmittel (2) die Beurteilung bzw. Entscheidung treffen, dass das Drehmoment durch eine Eingangsgröße von Seiten des Lenkmechanismus her verursacht ist, und wobei der genannte Motor (4) so angetrieben und gesteuert wird, dass das Drehmoment aufgehoben wird.