DE4342451C2 - Elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung - Google Patents

Elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung

Info

Publication number
DE4342451C2
DE4342451C2 DE4342451A DE4342451A DE4342451C2 DE 4342451 C2 DE4342451 C2 DE 4342451C2 DE 4342451 A DE4342451 A DE 4342451A DE 4342451 A DE4342451 A DE 4342451A DE 4342451 C2 DE4342451 C2 DE 4342451C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
torque
current
motor
signal
steering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE4342451A
Other languages
English (en)
Other versions
DE4342451A1 (de
Inventor
Yasuo Shimizu
Yoshito Nakamura
Shinzi Hironaka
Yoshinobu Mukai
Yoshiki Noro
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP35318992A external-priority patent/JPH06171519A/ja
Priority claimed from JP27970693A external-priority patent/JP2839129B2/ja
Priority claimed from JP28278293A external-priority patent/JP2825174B2/ja
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Publication of DE4342451A1 publication Critical patent/DE4342451A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE4342451C2 publication Critical patent/DE4342451C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B62D5/0463—Controlling the motor calculating assisting torque from the motor based on driver input
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B62D5/0466—Controlling the motor for returning the steering wheel to neutral position

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, die das Antriebsdrehmoment eines Elektromotors als eine unter­ stützende Lenkkraft unmittelbar auf ein Lenksystem aus­ übt, um die von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs zur Lenkung des Kraftfahrzeugs auszuübende manuelle Lenkkraft zu reduzieren.
In den vergangenen Jahren hat eine weitverbreitete Nut­ zung von elektrisch betätigten Servolenkvorrichtungen stattgefunden, die einen Elektromotor zum Anlegen eines unterstützenden Lenkdrehmomentes an ein Lenksystem auf­ weisen und die Antriebskraft des Elektromotors in Abhän­ gigkeit von dem manuellen Lenkdrehmoment, das auf das Lenksystem ausgeübt wird, steuern, um so die manuelle Lenkkraft zu reduzieren, die der Fahrer eines Kraftfahr­ zeugs ausübt, um das Kraftfahrzeug zu lenken.
Es ist üblich geworden, bei elektrisch betätigten Servolenkvorrichtungen das Ausgangsdrehmoment des Elektromo­ tors zu steuern, indem der Elektromotor mit einem Ziel­ wert in Form einer Spannung oder eines Stromes versorgt wird, der in Abhängigkeit von dem manuellen Lenkdrehmo­ ment bestimmt wird, das mittels eines Manuell-Lenkdreh­ moment-Detektors erfaßt wird.
Bei den konventionellen elektrisch betätigten Servolenk­ vorrichtungen findet keine Berücksichtigung des Träg­ heitsmomentes und des Viskositätswiderstandes bzw. des Dämpfungswiderstandes des drehbaren Elementes des Elek­ tromotors statt. Falls das Trägheitsmoment und der Visko­ sitätswiderstand große Werte haben, treten daher große Trägheits- und Viskositätsdrehmomente bzw. Dämpfungsdreh­ momente in einer Richtung entgegengesetzt dem von dem Elektromotor erzeugten Drehmoment auf. Wenn der Elektro­ motor gestartet wird, so kann es aufgrund seines Träg­ heitswiderstandes zu einer Ansprechverzögerung hinsicht­ lich der Erzeugung eines unterstützenden Drehmomentes kommen. Wenn zu dieser Zeit von den Reifen ein Gegendreh­ moment ausgeübt wird, so wird kein unterstützendes Dreh­ moment erzeugt, da das drehbare Element des Elektromotors mit der Zahnstange gekuppelt ist, und das Trägheitsmoment des Elektromotors liegt am Lenkrad an. Es kann daher kein angemessenes unterstützendes Drehmoment realisiert wer­ den, indem der Elektromotor lediglich mit einem Zielwert in Form einer Spannung oder eines Stromes versorgt wird, der in Abhängigkeit von dem manuellen Lenkdrehmoment bestimmt wird, das von einem Manuell-Lenkdrehmoment-De­ tektor erfaßt wird. Demzufolge ist das von der konventio­ nellen elektrisch betätigten Servolenkvorrichtung vermit­ telte Lenkgefühl vergleichsweise schlecht.
Aus der DE 38 42 334 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zur Verstärkung der bei einem Fahrzeug aufzubringenden Lenkkräfte bekannt, bei welchem ein Elektromotor zusätzlich zu dem vom Fahrer auf das Lenkrad ausgeübten Lenkmoment ein Unterstützungsmoment auf die Lenksäule aufbringt. Das so erhaltene Gesamtlenkmoment wird durch ein Lenkgetriebe übersetzt und auf die gelenkten Räder übertragen. Das vom Elektromotor abgegebene Unterstützungsmoment wird dabei in Abhängigkeit von der Differenz zwi­ schen dem vom Fahrer auf das Lenkrad ausgeübten Lenkmoment und dem vom Lenkgetriebe an die Räder ausgegebenen Moment gewählt. Zur Rege­ lung des Unterstützungsmoments wird von einer Regeleinrichtung neben der erwähnten Momentendifferenz zusätzlich ein vom Getriebe zu überwinden­ des Reibmoment berücksichtigt. Ziel dieses Verfahrens ist, eine durch das Getriebereibmoment verursachte Lenkmomenthysterese zu vermindern. Die Problematik eines verzögerten Ansprechverhaltens des Elektromotors auf­ grund von Trägheitsmomenten und Viskositätswiderständen von drehbaren Elementen des Elektromotors ist in dieser Druckschrift nicht berücksichtigt.
Aus der DE 43 26 992 A1 ist ein elektrisch betätigtes Servolenksystem bekannt, bei welchem das von einem Elektromotor ausgeübte Unterstüt­ zungsmoment auf der Basis der Differenz zwischen einem Ziellenkdrehmo­ ment und einem auf das Lenkrad ausgeübten Drehmoment geregelt wird. Das Ziellenkdrehmoment wird dabei auf Grundlage des vom Fahrer am Lenkrad eingeschlagenen Lenkwinkels berechnet. Auch hier werden Träg­ heitsmoment und Viskositätswiderstand des Elektromotors nicht berück­ sichtigt.
Weiterhin ist aus der DE 39 29 176 A1 eine elektromotorische Servolenk­ einrichtung bekannt, bei welcher das von einem Elektromotor abgegebene Unterstützungsmoment derart geregelt wird, dass das Lenkmoment am Lenkrad einen vorgegebenen Lenkmomentwert nicht überschreitet. Das vom Elektromotor abgegebene Unterstützungsmoment wird in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem auf das Lenkrad ausgeübten Moment und dem Betätigungsmoment zwischen Servoantrieb und Radtragkonstruktion gere­ gelt. In der DE 39 29 176 A1 ist darüber hinaus eine Beseitigung bzw. ein Ausgleich des Massenträgheitsmoments des Elektromotors angesprochen. Dazu ist ein unterlagerter Servomotor-Drehzahlregler als gesondertes Bauteil vorgesehen, dessen Funktionsweise jedoch nicht näher erläutert ist.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine im Vergleich zum Stand der Technik einfach aufgebaute elektrisch betätigte Servolenk­ vorrichtung bereitzustellen, die verhindert, daß das Lenkbetätigungsempfin­ den aufgrund des Trägheitsmomentes und des Viskositätswiderstandes bzw. Dämpfungswiderstandes des drehbaren Elementes eines Elektromotors verschlechtert wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit dem im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen angegeben.
Aus der EP 0 460 406 A2 ist darüber hinaus eine Servolenkvorrichtung bekannt, bei der das Unterstützungsmoment auf Grundlage der Fahrzeug­ geschwindigkeit und eines auf das Lenkrad ausgeübten Lenkmoments be­ stimmt wird. Bei der Servolenkvorrichtung der GB 22 22 125 A wird zusätz­ lich der Lenkwinkel berücksichtigt. Die Regelung des Betriebs des Elek­ tromotors erfolgt in beiden Druckschriften durch eine geschlossene Regel­ schleife, bei der der Motorstrom als Regelgröße verwendet wird. Die Über­ windung von Trägheitsmoment und Viskositätswiderstand bzw. Dämp­ fungswiderstand des Elektromotors ist in diesen Druckschriften nicht ange­ sprochen.
Die zuvor genannte Aufgabe wird nach einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung durch eine elektrisch betriebene Servolenkvorrich­ tung für ein Kraftfahrzeug mit dem im Patentanspruch 2 genannten Merkmalen gelöst.
Das aktuell zu dem Lenksystem übertragende Unterstützungsdrehmoment kann ein Motordrehmoment umfassen, das aus dem Motorstrom bestimmt und auf der Basis eines Trägheitswiderstandes und eines Viskositäts- oder Dämpfungswiderstandes des Elektromotors korrigiert ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren näher erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer elektrisch betriebenen Servolenkvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm eines Kontrollsystems der elektrisch betriebenen Servolenkvorrichtung nach Fig. 1.
Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm eines Kontrollsystems einer elektrisch betriebenen Servolenkvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung.
Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm einer äquivalenten Schal­ tung eines Aktuell-Unterstützungsdrehmoment-Detektors der elektrisch betriebenen Servolenkvorrichtung nach Fig. 3.
Fig. 5(a) zeigt ein Blockdiagramm einer ersten Modifika­ tion des Aktuell-Unterstützungsdrehmoment-Detektors der elektrisch betriebenen Servolenkvorrichtung nach Fig. 3.
Fig. 5(b) zeigt ein Blockdiagramm einer äquivalenten Schaltung der ersten Modifikation des Aktuell-Unterstüt­ zungsdrehmoment-Detektors nach Fig. 5(a).
Fig. 6(a) zeigt ein Blockdiagramm einer zweiten Modifika­ tion des Aktuell-Unterstützungsdrehmoment-Detektors der elektrisch betriebenen Servolenkvorrichtung nach Fig. 3.
Fig. 6(b) zeigt ein Blockdiagramm einer äquivalenten Schaltung der ersten Modifikation des Aktuell-Unterstüt­ zungsdrehmoment-Detektors nach Fig. 6(a).
Fig. 7 zeigt ein Blockdiagramm einer dritten Modifikation des Aktuell-Unterstützungsdrehmoment-Detektors der elek­ trisch betriebenen Servolenkvorrichtung nach Fig. 3.
Fig. 8 zeigt ein Blockdiagramm einer vierten Modifikation des Aktuell-Unterstützungsdrehmoment-Detektors der elek­ trisch betriebenen Servolenkvorrichtung nach Fig. 3.
Fig. 9(a) zeigt ein Schaltbild eines Tiefpaßfilters, das aus einem Widerstand und einem Kondensator gebildet ist und als Aktuell-Unterstützungsdrehmoment-Detektor der elektrisch betriebenen Servolenkvorrichtung nach Fig. 3 herangezogen werden kann.
Fig. 9(b) ist ein Schaltbild eines Hochpaßfilters, das aus einem Widerstand und einem Kondensator gebildet ist und als Aktuell-Unterstützungsdrehmoment-Detektor der elektrisch betriebenen Servolenkvorrichtung nach Fig. 3 herangezogen werden kann.
Fig. 10 zeigt ein Blockdiagramm eines Kontrollsystems einer elektrisch betriebenen Servolenkvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 11 zeigt in einem schematischen Diagramm ein dynami­ sches Modell einer elektrisch betriebenen Servolenkvor­ richtung, wobei das dynamische Modell den Freiheitsgrad 3 hat.
Fig. 12 zeigt in einem schematischen Diagramm ein dynami­ sches Modell eines Elektromotorsystems und eines Zahn­ stangensystems in der elektrisch betriebenen Servolenk­ vorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei das dynamische Modell den Freiheitsgrad 2 hat.
Fig. 13 zeigt ein Blockdiagramm einer Verstellung θM(s) des Elektromotorsystems und einer Verstellung XR(s) des Zahnstangensystems zu der Zeit, in der das Motordrehmoment als eine Eingangsgröße Tm(s) in dem in Fig. 12 ge­ zeigten dynamischen Modell angewandt wird.
Fig. 14 zeigt ein Blockdiagramm eines aktuellen Unter­ stützungsdrehmomentes Ta(s) zu der Zeit, in der das Mo­ tordrehmoment als eine Eingangsgröße Tm(s) in dem dynami­ schen Modell nach Fig. 12 angewandt wird.
Fig. 15 zeigt ein Blockdiagramm, welches eine Gleichung (15) repräsentiert.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt eine elektrisch betätigte Servolenkvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung einen manuellen Lenkkrafterzeuger 6, der ein Lenkrad 1, eine integral mit dem Lenkrad 1 gekop­ pelte Lenkwelle 2 und einen Zahnstangentriebmechanismus 5 aufweist, welcher in einem Lenkgetriebekasten 4 vorgese­ hen ist und ein Ritzel 5a aufweist, das mit der Lenkwelle 2 über eine Gelenkwelle 3 verbunden ist, die Kardangelen­ ke oder Universalgelenke 3a, 3b an ihren entgegengesetz­ ten Enden aufweist.
Der Lenkgetriebekasten 4 enthält eine Zahnstange 7 bzw. eine Zahnstangenwelle 7 mit einer Zahnung 7a, die in Eingriff mit dem Ritzel 5a gehalten ist, wobei die Zahn­ stange 7 durch Drehung des Ritzels 5a hin- und herbeweg­ bar ist. Die Zahnstange 7 ist durch Spurstangen oder Lenkverbindungsstangen 8 mit entsprechenden Vorderrädern 9 verbunden, die seitlich gedreht oder gelenkt werden können, um das die elektrisch betätigte Servolenkvorrich­ tung enthaltende Kraftfahrzeug zu lenken.
Zum Zwecke der Reduzierung der mittels dem manuellen Lenkkrafterzeuger 6 erzeugten Lenkkraft ist ein Elektro­ motor 10 auf der Zahnstange 7 vorgesehen, die sich durch diesen axial hindurcherstreckt, um ein unterstützendes Drehmoment in der axialen Richtung der Zahnstange 7 be­ reitzustellen. Ein Kugelumlauf-Spindelmechanismus 11 ist wirkungsmäßig mit der Zahnstange 7 über eine Mutter 11a in dem Getriebekasten 4 verbunden. Der Elektromotor 10 umfaßt einen hohlen Rotor, durch den sich die Zahnstange 7 erstreckt, wobei ein schrägverzahntes Antriebszahnrad 10a an dem hohlen Rotor befestigt ist. Der Kugelumlauf- Spindelmechanismus 11 weist eine Schraubwelle 11c auf, die sich parallel zu der Zahnstange 7 erstreckt und ein schrägverzahntes angetriebenes Zahnrad 11b an einem Ende trägt, wobei das schrägverzahnte angetriebene Zahnrad 11b mit dem schrägverzahnten Antriebszahnrad 10a kämmt. Der Elektromotor 10 kann daher ein unterstützendes Drehmoment über den Kugelumlauf-Spindelmechanismus 11 ausüben, um eine Schubkraft axial zu der Zahnstange 7 auszuüben.
Die Mutter 11a ist über einen Unterstützungsdrehmomentde­ tektor 22 zur Detektion eines aktuellen unterstützenden Drehmomentes aus der von der Mutter 11a ausgeübten Schub­ kraft mit der Zahnstange 7 gekoppelt. Der Unterstützungs­ drehmomentdetektor 22 kann ein Drucksensor sein, der einen Widerstandsdraht-Dehnungsmeßstreifen umfaßt.
Der Lenkgetriebekasten 4 enthält ferner einen Lenkdrehmo­ mentdetektor 12 zur Erfassung eines manuellen Lenkdrehmo­ mentes T, das von der Lenkwelle 2 auf das Ritzel 5a aus­ geübt wird. Der Lenkdrehmomentdetektor 12 gibt ein das manuelle Lenkdrehmoment T indizierendes Signal an eine Steuerung 14 ab. Ansprechend auf das Drehmomentsignal (T) gibt die Steuerung 14 ein Steuerungssignal C an einen Motortreiber 15 ab, der einen Treibersignalgenerator 21 (vgl. Fig. 2) enthält. Der Treibersignalgenerator 21 erzeugt ein Motortreibersignal D und gibt dieses an den Elektromotor 10 ab, um den Elektromotor 10 zu treiben, der dann ein unterstützendes Drehmoment abgibt.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind das Lenkrad 1 und die Vorderräder 9 mechanisch miteinander gekoppelt. Ein Steuersignal, das von der Steuerung 14, die das Drehmo­ mentsignal von dem Lenkdrehmomentdetektor 12 verarbeitet, erzeugt wird, wird durch den Motortreiber 15 an den Elek­ tromotor 10 abgegeben, um das Ausgangsdrehmoment des Elektromotors 10 zur Unterstützung der Schubkraft auf die Zahnstange 7 in dem Lenkgetriebekasten 4 zu steuern bzw. zu regeln.
Die Betriebsweise der elektrisch betätigten Servolenkvor­ richtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel wird nach­ stehend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 beschrieben.
Ein von dem Lenkrad 1 bereitgestelltes manuelles Lenk­ drehmoment T wird von dem Lenkdrehmomentdetektor 12 in ein Drehmomentsignal (T) umgewandelt, das an die Steue­ rung 14 abgegeben wird. Ansprechend auf das Drehmoment­ signal (T) erzeugt ein Ziel-Drehmomentgenerator 16 in der Steuerung 14 ein Ziel-Unterstützungsdrehmomentsignal (Ts) entsprechend einem Ziel-Unterstützungsdrehmoment für den Elektromotor 10 auf der Basis des Orehmomentsignals (T) und gibt dieses Signal (Ts) aus. Näher betrachtet, weist der Ziel-Drehmomentgenerator 16 eine Abbildung oder Da­ tenzuordnung (map) mit einem Datenbereich auf, in dem Ziel-Unterstützungsdrehmomente (Ts) gespeichert, sind, welche durch das manuelle Lenkdrehmoment T adressierbar sind. Wenn das Drehmomentsignal (T) bereitgestellt wird, liest der Ziel-Drehmomentgenerator 16 unverzüglich ein korrespondierendes Unterstützungsdrehmoment Ts aus der Datenzuordnung und gibt das Signal für das Unterstützungsdrehmoment Ts aus.
Falls der Elektromotor 10 einen Gleichstrommotor umfaßt, wird ein von dem Elektromotor 10 abgegebenes aktuelles Unterstützungsdrehmoment Ta allgemein durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt:
Ta = kTM . IM - JM . θM" - DM . θM' ± Tf (1),
worin kTM die Drehmomentkonstante des Elektromotors, JM das Trägheitsmoment des Elektromotors, DM den Viskosi­ täts-(Dämpfungs)-Koeffizienten, IM den Strom des Elektro­ motors, θM" die Drehwinkelbeschleunigung des Elektromo­ tors, θM' die Drehwinkelgeschwindigkeit des Elektromotors und Tf das Coulomb-Reibungsdrehmoment bezeichnen.
Der Unterstützungsdrehmomentdetektor 22 erfaßt ein aktu­ elles Unterstützungsdrehmoment Taa an der Verbindung zwischen der Mutter 11a und der Zahnstange 7 in einem Unterstützungsdrehmoment-Übertragungsweg von dem Elektro­ motor 10 zu den Vorderrädern 9. Das aktuelle Unterstüt­ zungsdrehmoment Taa ist durch nachstehende Gleichung (2) gegeben:
Taa = Kb . Ta = Kb(kTM . IM - JMθM" - DM . θM' ± Tf) (2),
worin Kb ein Schubkonversionskoeffizient der Zahnräder und des Kugelumlauf-Spindelmechanismus ist.
Die Differenz ΔT zwischen dem Ziel-Unterstützungsdrehmo­ ment Ts und dem aktuellen Unterstützungsdrehmoment Taa wird von dem Differenzkalkulator 23 berechnet, und die Steuerung 14 gibt ein mit K multipliziertes Rückkopp­ lungsergebnis an den Motortreiber 15 ab, um das Ausgangs­ drehmoment des Elektromotors 10 zu steuern, so daß die Differenz ΔT(= Ts - Taa) beseitigt wird, um somit das aktuelle Unterstützungsdrehmoment Taa im wesentlichen an das Ziel-Unterstützungsdrehmoment Ts anzugleichen.
Da bisher das Unterstützungsdrehmoment Ta auf der Basis der Differenz zwischen dem Lenkdrehmoment und dem Motor­ stromsignal bestimmt wurde, wurden der zweite und die folgenden Terme auf der rechten Seite der Gleichung (1) nicht in Betracht gezogen, und die Ausgangsleistung des Elektromotors 10 wurde gesteuert, wie wenn Taa = kTM . IM. DM und Tf sind allgemein sehr klein, wohingegen JM nicht vernachlässigbar ist. Falls das Gewicht des Kraftfahrzeugs und somit das Unterstützungsdrehmoment zur Lenkung des Kraftfahrzeugs vergrößert werden, so ist eine große Aus­ gangsleistung von dem Elektromotor 10 gefordert, und folglich wird der Elektromotor 10 größer ausfallen müssen und JM größer werden. Gemäß Gleichung (1) wird die Dreh­ winkelbeschleunigung θM" des Elektromotors 10 vergrößert, wenn der Elektromotor 10 gestartet wird, und dessen aktu­ elles Ausgangsdrehmoment wird verkleinert, woraus eine Verzögerung bezüglich der Erzeugung eines Unterstützungs­ drehmomentes Ta resultiert. Wenn kein Unterstützungsdreh­ moment Ta erzeugt wird (IM = 0), dann wird ein Gegendreh­ moment oder eine Gegenkraft von den Reifen über die Zahn­ stange 7 zu dem Elektromotor 10 übertragen, das eine Dreh­ winkelbeschleunigung θM" erzeugt. Da ein von dem Trägheits­ moment des Elektromotors 10 verursachtes reaktives oder gegenwirkendes Drehmoment (Td = -JM . θM"), zusätzlich zu den üblichen reaktiven oder gegenwirkenden Kräften von den Reifen, auf das Lenkrad ausgeübt wird, kommt es zur Ver­ schlechterung des Lenkbetätigungsempfindens oder Lenkge­ fühls. Die elektrisch betätigte Servolenkvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beseitigt jedoch die oben genannten Nachteile, da ihr Steuerungsprozeß bzw. Regelungsprozeß das Trägheitsmoment, das Viskositätsdrehmoment bzw. Dämpfungsdrehmoment und das Coulomb-Reibungsdrehmoment des Elektromotors 10 in der oben beschriebenen Weise berücksichtigt.
Eine elektrisch betätigte Servolenkvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend beschrieben. Bei dem zweiten Ausführungsbei­ spiel detektiert der Unterstützungsdrehmomentdetektor 22 zur Erfassung des aktuellen Unterstützungsdrehmomentes nicht ein aktuelles Unterstützungsdrehmoment Taa im phy­ sikalischen Sinne; es wird jedoch ein Unterstützungsdreh­ moment-Abschätzer als Unterstützungsdrehmomentdetektor verwendet, um ein aktuelles Unterstützungsdrehmoment Taa aus einer Spannung VM an dem Elektromotor 10 und einem durch den Elektromotor 10 fließenden Strom IM abzuschät­ zen. Falls der Elektromotor 10 ein Gleichstrommotor ist, kann die Spannung VM über dem Elektromotor 10 allgemein wie folgt ausgedrückt werden:
VM = L . (dIM/dt) + RM . IM + ks . θM' = RM . IM + ks . θM', (3)
worin RM der Widerstand des Elektromotors und ks die Induktionsspannungskonstante ist.
Aus der Gleichung (3) kann
θM' = (VM - RM . IM)/ks (4)
und eine Drehwinkelbeschleunigung θM" durch Ableitung von θM' nach der Zeit bestimmt werden.
Die Spannung VM über dem Elektromotor 10 wird mit einem Differenzverstärker erfaßt, und der durch den Elektromo­ tor 10 fließende Strom IM wird mit einem Stromdetektor detektiert, der einen Gleichstromwiderstand oder eine Hall-Effekt-Einrichtung im Motortreiber 15 aufweisen kann. Durch Substitution der detektierten Spannung VM und des Stromes IM in den Gleichungen (1), (2) und (4) kann ein aktuelles Unterstützungsdrehmoment Taa abgeschätzt werden, statt von einem Unterstützungsdrehmomentdetektor 22 physikalisch detektiert zu werden (das Coulomb-Rei­ bungsdrehmoment (Tf) wird vernachlässigt, da es sehr klein ist).
Falls der Dämpfungsterm (DM) und der Reibungsdrehmoment­ term (Tf) in Gleichung (1) hinreichend klein sind, können sie zur Vereinfachung der Gleichung (1) weggelassen werden.
Das Trägheitsmoment und der Dämpfungskoeffizient können auf ein die Reifen und Straßenräder des Lenksystems ein­ schließendes Trägheitsmoment bzw. einen Dämpfungskoeffi­ zienten zur Systemstabilisierung eingestellt werden, um auf diese Weise das Lenkbetätigungsempfinden bzw. das Lenkverhalten des gesamten Lenksystems zu verbessern.
Die elektrisch betätigte Servolenkvorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel und nach dem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel ist in der Lage, eine Ansprechverzögerung bezüglich der Erzeugung eines Unterstützungsdrehmomentes wirksam zu kompensieren, die durch den Drehträgheitswi­ derstand des Elektromotors bei dessen Start und den Dreh­ trägheitswiderstand des Elektromotors begründet ist, der am Lenkrad anliegt, wenn zu der Zeit, in der kein Unter­ stützungsdrehmoment erzeugt wird, ein Gegendrehmoment von den Reifen ausgeübt wird. Das Lenkbetätigungsempfinden kann auf diese Weise verbessert werden.
Eine elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend beschrieben.
Fig. 3 zeigt in Blockform ein Steuerungs- bzw. Regelungs­ system der elektrisch betriebenen Servolenkvorrichtung nach dem dritten Ausführungsbeispiel.
Wie in Fig. 3 gezeigt, umfaßt das Steuerungssystem einen Lenkdrehmomentdetektor 112, der einen Drehmomentsensor oder dergleichen zur Erfassung eines von dem Lenkrad her angelegten Lenkdrehmomentes aufweisen kann, eine Steue­ rung 120, einen Motortreiber 115 mit einem Motorstromde­ tektor 115A und einen Drehwinkelgeschwindigkeitsdetektor 110A zur Erfassung der Drehwinkelgeschwindigkeit eines Elektromotors 100. Der Drehwinkelgeschwindigkeitsdetektor 110A umfaßt einen Gleichstromgenerator.
Die Steuerung 120 umfaßt grundsätzlich einen Mikroprozes­ sor und enthält einen Ziel-Unterstützungsdrehmomentgene­ rator 121, einen Unterstützungsdrehmomentdetektor 122 zur Ermittlung eines aktuellen Unterstützungsdrehmomentes, einen Subtrahierer 123 und eine Motorsteuerungseinheit 124. Die Steuerung 120 erzeugt ein Ziel-Unterstützungs­ drehmomentsignal (Ts), das mit einem von dem Lenkdrehmo­ mentdetektor 112 erfaßten Drehmomentsignal (T) korrespon­ diert, und erzeugt ferner ein auf dem erzeugten Ziel- Unterstützungsdrehmomentsignal (Ts) basierendes Steuersi­ gnal C, um dieses an den Motortreiber 115 abzugeben, so daß der Motortreiber 115 in die Lage versetzt wird, den Elektromotor 100 zur Erzeugung eines geforderten Unter­ stützungsdrehmomentes zu betreiben.
Die Steuerung 120 berechnet ferner ein mit dem von dem Elektromotor 100 erzeugten Unterstützungs-Lenkdrehmoment korrespondierendes aktuelles Unterstützungsdrehmoment Ta auf der Grundlage eines von dem Motorstromdetektor 115A erfaßten Motorstroms IM und einer von dem Drehwinkelge­ schwindigkeitsdetektor 110A erfaßten Drehwinkelgeschwindigkeit qM', korrigiert das Steuersignal C auf der Grund­ lage der Differenz (ΔT) zwischen dem Ziel-Unterstützungs­ drehmomentsignal (Ts) und dem aktuellen Unterstützungs­ drehmomentsignal (Ta) und gibt das korrigierte Steuersi­ gnal C ab, um den Elektromotor 100 dahingehend zu steu­ ern, daß das aktuelle Unterstützungsdrehmoment Ta dem Ziel-Unterstützungsdrehmoment Ts angeglichen wird.
Der Ziel-Unterstützungsdrehmomentgenerator 121 umfaßt einen Ziel-Unterstützungsdrehmomentwandler 121A und einen Ziel-Unterstützungsdrehmomentspeicher 121B, beispielswei­ se in Form eines ROM oder dergleichen. Der Ziel-Unter­ stützungsdrehmomentwandler 121A wandelt ein von dem Lenk­ drehmomentdetektor 112 erfaßtes Lenkdrehmoment T in ein elektrisches Drehmomentsignal (T). Er wandelt ferner das Drehmomentsignal (T) in ein in dem Ziel-Unterstützungs­ drehmomentspeicher 121B gespeichertes Ziel-Unterstüt­ zungsdrehmomentsignal (Ts) und gibt das Ziel-Unterstüt­ zungsdrehmomentsignal (Ts) an den Subtrahierer 123 ab.
Der Unterstützungsdrehmomentdetektor 122 zur Ermittlung eines aktuellen Unterstützungsdrehmomentes liest den von dem Motorstromdetektor 115A erfaßten Motorstrom IM und die von dem Drehwinkelgeschwindigkeitsdetektor 110A er­ faßte Drehwinkelgeschwindigkeit θM', wandelt den Motor­ strom IM und die Drehwinkelgeschwindigkeit θM' in ent­ sprechende elektrische Signale, verarbeitet diese in der später beschriebenen Weise in ein aktuelles Unterstüt­ zungsdrehmomentsignal (Ta), das das aktuelle Unterstüt­ zungsdrehmoment entsprechend dem von dem Elektromotor 10 erzeugten Unterstützungsdrehmoment repräsentiert, und gibt das aktuelle Unterstützungsdrehmomentsignal (Ta) an den Subtrahierer 123 ab. Der Subtrahierer 123 berechnet die Differenz (ΔT = Ts - Ta) zwischen dem Ziel-Unter­ stützungsdrehmomentsignal (Ts) und dem aktuellen Unterstützungsdrehmomentsignal (Ta) und gibt die berechnete Differenz ΔT an die Motorsteuerungseinheit 124 ab.
Abhängig von der zugeführten Differenz ΔT gibt die Mo­ torsteuerungseinheit 124 ein Steuersignal C, z. B. ein pulsbreitenmoduliertes Signal (PWM), an den Motortreiber 115 ab, der eine aus vier Feldeffekttransistoren (FETs) gebildete Brückenschaltung umfassen kann.
Der Motortreiber 115 wandelt das Steuerungssignal C in einen Motortreiberstrom (Motorstrom IM) und gibt ein Motortreibersignal D an den Elektromotor 100 ab, um die­ sen anzutreiben.
Der Motorstromdetektor 115A des Motortreibers erfaßt ein Motorstromsignal IM und gibt dieses an den Unterstüt­ zungsdrehmomentdetektor 122 zur Ermittlung eines aktuel­ len Unterstützungsdrehmomentes ab.
Fig. 4 zeigt eine äquivalente Schaltung des Unterstüt­ zungsdrehmomentdetektors 122 zur Ermittlung eines aktuel­ len Unterstützungsdrehmomentes im Detail.
Wie in Fig. 4 gezeigt, weist der Unterstützungsdrehmo­ mentdetektor 122 einen θM'-ω-Wandler 125 zur Umwandlung der von dem Drehwinkel-Geschwindigkeitsdetektor 110A erfaßten Drehwinkelgeschwindigkeit θM' in eine entspre­ chende Drehwinkelfrequenz ω(2πf) als eine elektrische Größe, einen Addierer 126, ein Tiefpaßfilter 127 erster Ordnung mit einer Grenzfrequenz f0(= ω0/2π) und einen Subtrahierer 128 auf. Der Unterstützungsdrehmomentdetek­ tor 122 berechnet ein aktuelles Unterstützungsdrehmoment Ta auf der Grundlage des Motorstroms IM und der Drehwin­ kelgeschwindigkeit θM' nach der folgenden Gleichung (5):

Ta = IM . ω0/(s + ω0) - ω . s/(s + ω0) (5).
In der Gleichung (5) repräsentiert der erste Term auf der rechten Seite einen Strom, der erzeugt wird, wenn der Motorstrom IM ein Tiefpaßfilter passiert, und der zweite Term auf der rechten Seite repräsentiert eine Kreisfre­ quenz oder Winkelfrequenz, die erzeugt wird, wenn die Kreisfrequenz ω ein Hochpaßfilter passiert.
Die Fig. 9(a) und 9(b) zeigen entsprechende Tiefpaßfilter und Hochpaßfilter erster Ordnung, deren jedes aus einem Widerstand R und einem Kondensator C gebildet ist.
In der Gleichung (5) repräsentiert s den "Laplace-Operator" (bzw. Variable im Laplace-Raum). ω0/(s + ω0) und s/(s + ω0) repräsentieren die jeweiligen Übertragungs­ funktionen des Tiefpaßfilters und des Hochpaßfilters in dem s-Bereich.
Wenn die elektrische Größe ω in die Drehwinkelgeschwin­ digkeit θM' in Gleichung (5) umgewandelt wird, indiziert der zweite Term auf der rechten Seite der Gleichung (5) die Drehwinkelbeschleunigung θM", da die Übertragungs­ funktion s/(s + ω0) der Differentiation in der Zeitdomäne entspricht.
Die Gleichung (5) kann daher in die folgende Gleichung (6) modifizierend umgeschrieben werden:
Ta = IM . ω0/(s + ω0) - θM" (6).
Ein Vergleich der Gleichungen (6) und (1) zeigt, daß der erste Term auf der rechten Seite jeder der Gleichungen dem Motorstrom IM proportional ist, daß der zweite Term auf der rechten Seite jeder der Gleichungen der Drehwinkelbeschleunigung qM" proportional ist und daß die Terme auf der rechten Seite der Gleichung (6) dem ersten und dem zweiten Term auf der rechten Seite der Gleichung (1) gleichgemacht werden können, indem sie mit vorbestimmten Konstanten multipliziert werden. Das aktuelle unterstüt­ zende Drehmoment Ta, welches das Trägheitsdrehmoment in bezug auf das Motordrehmoment berücksichtigt, kann daher durch die Gleichung (6) erhalten werden.
Die Fig. 5(a) und 5(b) zeigen eine erste Modifikation 122A des Unterstützungsdrehmomentdetektors 122 zur Er­ mittlung des aktuellen Unterstützungsdrehmomentes und die entsprechende äquivalente Schaltung.
Die in den Fig. 5(a) und 5(b) illustrierte erste Modifi­ kation 122A des Unterstützungsdrehmomentdetektors 122 zur Ermittlung eines aktuellen Unterstützungsdrehmomentes hat ihre Entsprechung in dem Produkt eines Motorstroms IM und einer Motordrehmomentkonstante kTM und dem Produkt aus einer Drehwinkelgeschwindigkeit θM' und einem Massenträg­ heitsmoment JM.
Der modifizierte Unterstützungsdrehmomentdetektor 122A unterscheidet sich von dem Unterstützungsdrehmomentdetek­ tor 122 nach Fig. 4 dadurch, daß er zusätzlich einen Motordrehmomentkalkulator 131 und einen Drehimpulskalku­ lator 132 aufweist.
Der Motordrehmomentkalkulator 131 weist eine Motordrehmo­ ment-Berechnungseinheit 131A und einen Motordrehmoment- Konstantenspeicher 131B, etwa in Form eines ROM oder dergleichen, auf. Die Motordrehmoment-Berechnungseinheit 131A multipliziert den Motorstrom IM mit einer in dem Motordrehmoment-Konstantenspeicher 131B gespeicherten Drehmomentkonstante kTM, um ein Motordrehmoment kTM . IM bereitzustellen, und gibt ein das Motordrehmoment kTM . IM repräsentierendes Signal an den Addierer 126 ab.
Der Drehimpulskalkulator 132 weist eine Drehimpuls-Be­ rechnungseinheit 132A und einen Trägheitsmomentspeicher 132B, etwa in Form eines ROM oder dergleichen, auf. Die Drehimpuls-Berechnungseinheit 132A multipliziert die aus der Drehwinkelgeschwindigkeit θM' gewandelte Kreisfre­ quenz ω(2πf) mit einem in dem Trägheitsmomentspeicher 132B gespeicherten Massenträgheitsmoment JM, um einen Drehimpuls JM . ω bereitzustellen, und gibt ein den Dreh­ impuls JM . ω repräsentierendes Signal an den Addierer 126 ab.
Der Addierer 126 addiert das Motordrehmomentsignal (kTM . IM) und das Drehimpulssignal (JM . ω) zueinander und gibt die Summe an das Tiefpaßfilter 127 ab. Wenn das Drehimpulssignal (JM . ω) von einem Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 127 subtrahiert wird, so erhält man ein aktuelles unterstützendes Drehmoment Ta, das durch die folgende Gleichung (7) ausgedrückt werden kann:
Ta = kTM . IM . ω0/(s + ω0) - JM . ω . s/(s + ω0) (7).
Falls die elektrische Größe ω in die Drehwinkelgeschwin­ digkeit θM' umgewandelt und s/(s + ω0) in Gleichung (7) in dem Zeitbereich ausgedrückt wird, dann wird der zweite Term der rechten Seite der Gleichung (7) zu dem Produkt aus dem Trägheitsmoment JM und der Drehwinkelbeschleuni­ gung θM", woraus die in Fig. 5(b) gezeigte äquivalente Schaltung resultiert. Nun wird ein aktuelles unterstüt­ zendes Drehmoment Ta entsprechend der folgenden Gleichung (8) erhalten:
Ta = kTM . IM . ω0/(s + ω0) - JM . θM" (8).
Die Gleichung (8) ist zu der Gleichung (1) bis zu dem zweiten Term auf der rechten Seite davon äquivalent. Demgemäß ist die in den Fig. 5(a) und 5(b) gezeigte An­ ordnung dazu in der Lage, ein aktuelles unterstützendes Drehmoment Ta bereitzustellen, das das Trägheitsdrehmo­ ment in bezug auf das Motordrehmoment berücksichtigt.
Die Fig. 6(a) und 6(b) zeigen eine zweite Modifikation 122B eines Unterstützungsdrehmomentdetektors 122 zur Bestimmung eines aktuellen Unterstützungsdrehmomentes und die entsprechende äquivalente Schaltung.
Der modifizierte Unterstützungsdrehmomentdetektor 122B unterscheidet sich von dem in den Fig. 5(a) und 5(b) gezeigten Unterstützungsdrehmomentdetektor 122A darin, daß er zusätzlich einen Pseudo-Drehimpulskalkulator 136 zur Bereitstellung eines Pseudo-Drehimpulssignals (JM0 . ω) für den Addierer 126 aufweist.
Der Pseudo-Drehimpulskalkulator 136 weist eine Pseudo- Drehimpuls-Berechnungseinheit 136A und einen Pseudo-Träg­ heitsmomentspeicher 136B, etwa in Form eines ROM oder dergleichen, auf. Die Pseudo-Drehimpuls-Berechnungsein­ heit 136A multipliziert die aus der Drehwinkelgeschwin­ digkeit θM' gewandelte Kreisfrequenz ω(2πf) mit einem in dem Pseudo-Trägheitsmomentspeicher 136B gespeicherten Pseudo-Massenträgheitsmoment JM0, um einen Pseudo-Drehim­ puls JM0 . ω bereitzustellen, und gibt ein den Pseudo- Drehimpuls JM0 . ω repräsentierendes Signal an den Addie­ rer 126 ab.
Der Addierer 126 addiert das Motordrehmomentsignal (kTM . IM) und das Pseudo-Drehimpulssignal (JM0 . ω) zuein­ ander und gibt die Summe an das Tiefpaßfilter 127 ab. Wenn das Pseudo-Drehimpulssignal (JM0 . ω) von einem Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 127 subtrahiert wird, so wird ein aktuelles unterstützendes Drehmoment Ta bereit­ gestellt, das durch die folgende Gleichung (9) ausge­ drückt werden kann:
Ta = kTM . IM . ω0/(s + ω0) - JM . ω . s/(s + ω0) - (JM - JM0) . ω . ω0/(s + ω0) (9).
Falls die elektrische Größe ω in die Drehwinkelgeschwin­ digkeit θM' umgewandelt und s/(s + ω0) im Zeitbereich in der Gleichung (9) ausgedrückt wird, dann wird der zweite Term auf der rechten Seite der Gleichung (9) zu dem Pro­ dukt aus dem Massenträgheitsmoment JM und der Drehwinkel­ beschleunigung θM", und der dritte Term auf der rechten Seite wird zu dem Produkt aus der Differenz (JM0 - JM) zwischen dem Pseudo-Trägheitsmoment JM0 und dem Träg­ heitsmoment JM und der Drehwinkelgeschwindigkeit θM', woraus eine Ersatzschaltung oder äquivalente Schaltung resultiert, wie sie in Fig. 6(b) gezeigt ist. Nun wird ein aktuelles unterstützendes Drehmoment Ta gemäß der folgenden Gleichung (10) erhalten:
Ta = kTM . IM . ω0/(s + ω0) - JM . θM" - (JM - JM0) . θM' . ω0/(s + ω0) (10).
Mit der Bezeichnung (JM0 - JM) = DM (Viskositätskoeffi­ zient oder Dämpfungskoeffizient) in der Gleichung (10) entspricht die Gleichung (10) der Gleichung (1) bis zu dem dritten Term auf der rechten Seite davon. Dementspre­ chend ist die in den Fig. 6(a) und 6(b) gezeigte Anord­ nung dazu geeignet, ein aktuelles unterstützendes Drehmo­ ment Ta bereitzustellen, welches das Trägheitsdrehmoment und das Viskositätsdrehmoment oder Dämpfungsdrehmoment in bezug auf das Motordrehmoment berücksichtigt.
w0/(s + ω0) in dem ersten und dem dritten Term der rech­ ten Seite von Gleichung (10) indiziert den Durchlaß durch das Tiefpaßfilter. Da das Tiefpaßfilter Harmonische bzw. Oberschwingungen der Drehwinkelgeschwindigkeit θM' (elek­ trisch die Kreisfrequenz ω) dämpfen kann, kann es Rau­ schen dämpfen, das durch Differentiation entsprechend der Wandlung der Drehwinkelgeschwindigkeit θM' in die Dreh­ winkelbeschleunigung θM" erzeugt wird.
Das von dem Unterstützungsdrehmomentdetektor 122, 122A oder 122B zur Bestimmung eines aktuellen Unterstützungs­ drehmomentes berechnete aktuelle Unterstützungsdrehmoment Ta ist ein Drehmoment, das von dem Elektromotor erzeugt wird. Wenn der Schubkonversionskoeffizient der Zahnräder und des Kugelumlauf-Spindelmechanismus durch Kb repräsen­ tiert wird, dann kann ein aktuelles unterstützendes Dreh­ moment Taa somit durch die folgende Gleichung (11) ausge­ drückt werden:
Taa = Kb . Ta (11).
Die Fig. 7 und 8 zeigen Ersatzschaltungen oder äquivalen­ te Schaltungen einer dritten bzw. vierten Modifikation des Unterstützungsdrehmomentdetektors 122 zur Ermittlung des aktuellen Unterstützungsdrehmomentes.
In Fig. 7 ist ein Unterstützungsdrehmomentdetektor 122C gemäß der dritten Modifikation gezeigt, der ein Hochpaß­ filter 141 aufweist und dem Unterstützungsdrehmomentde­ tektor 122A nach Fig. 5(b) äquivalent ist. Ein damit de­ tektiertes aktuelles unterstützendes Drehmoment Ta wird da­ her durch die Gleichung (7) ausgedrückt.
In Fig. 8 ist ein Unterstützungsdrehmomentdetektor 122D gemäß der vierten Modifikation gezeigt, der ein Hochpaßfilter 141 und ein Tiefpaßfilter 127 aufweist und eben­ falls dem Unterstützungsdrehmomentdetektor 122A nach Fig. 5(b) äquivalent ist. Ein damit detektiertes aktuelles unterstützendes Drehmoment Ta wird daher durch die Glei­ chung (7) ausgedrückt.
Die Unterstützungsdrehmomentdetektoren 122C und 122D nach den Fig. 7 bzw. 8 sind dazu eingerichtet, gegebene Be­ rechnungen auszuführen, wobei sie JM0 . θM' addieren, wel­ ches das Produkt aus dem Pseudo-Trägheitsmoment JM0 und der Drehwinkelgeschwindigkeit θM' ist, um auf diese Weise das aktuelle unterstützende Drehmoment Ta gemäß der Glei­ chung (9) bereitzustellen. Durch Änderung der Gleichung (9) in die Gleichung (10) und Gleichsetzung von (JM0 - JM) = DM (Viskositätskoeffizient bzw. Dämpfungsko­ effizient) kann das aktuelle unterstützende Drehmoment Ta unter Berücksichtigung des Trägheitsdrehmomentes und des Viskositätsdrehmomentes oder Dämpfungsdrehmomentes er­ zeugt werden, und zwar wie mit dem Unterstützungsdrehmo­ mentdetektor 122B nach Fig. 6(b).
Wenngleich das Coulomb-Reibungs-Drehmoment Tf in Glei­ chung (1) als sehr klein vernachlässigt worden ist, kann das Coulomb-Reibungs-Drehmoment Tf zu dem Subtrahierer in dem Unterstützungsdrehmomentdetektor 122B nach Fig. 6(b) addiert werden, um dasselbe aktuelle unterstützende Dreh­ moment Ta wie das gemäß Gleichung (1) zu erhalten.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel wird das Ziel-Unter­ stützungsdrehmoment Ts auf der Basis des Lenkdrehmomentes erzeugt. Es kann jedoch eine Ziel-Unterstützungsdrehmo­ mentkomponente ΔTs beispielsweise auf der Basis einer Fahrzeuggeschwindigkeit V addiert oder deduziert werden, oder das Lenkdrehmoment T kann mit der Fahrzeuggeschwin­ digkeit V korrigiert werden, um ein Ziel-Unterstützungsdrehmoment Ts zu erzeugen.
Die elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung nach dem dritten Ausführungsbeispiel weist den Unterstützungsdreh­ momentdetektor zur Berechnung eines aktuellen unterstüt­ zenden Drehmomentes auf der Basis des Motorstromes und der Drehwinkelgeschwindigkeit auf, welches das Trägheits­ drehmoment und das Viskositätsdrehmoment oder Dämpfungs­ drehmoment in bezug auf das Motordrehmoment berücksich­ tigt. Die elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung kann daher ein optimales unterstützendes Lenkdrehmoment erzeu­ gen, indem der Elektromotor derart gesteuert wird, daß die Differenz zwischen dem aktuellen unterstützenden Drehmoment und dem von dem Ziel-Unterstützungsdrehmoment­ generator erzeugten Ziel-Unterstützungsdrehmoment besei­ tigt wird.
Der Unterstützungsdrehmomentdetektor hat ein Tiefpaßfil­ ter, das in äquivalenter Weise eine Differentiation für die Wandlung einer Drehwinkelgeschwindigkeit in eine Drehwinkelbeschleunigung realisieren kann, um auf diese Weise Rauschen von Harmonischen zu reduzieren, das in Folge der Differentiation erzeugt wird. Das Trägheits­ drehmoment, welches durch das Produkt aus dem Trägheits­ moment und der Drehwinkelbeschleunigung repräsentiert werden kann, kann folglich präzise berechnet werden.
Der Unterstützungsdrehmomentdetektor kann aus einem Hoch­ paßfilter oder einer Kombination aus Hochpaßfilter und Tiefpaßfilter gebildet sein, und ein derartiger Unter­ stützungsdrehmomentdetektor zur Ermittlung eines aktuel­ len unterstützenden Drehmomentes ist funktional dem Un­ terstützungsdrehmomentdetektor mit Tiefpaßfilter äqui­ valent.
Die elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung ist daher in der Lage, dem Fahrer ein komfortables Lenkbetätigungs­ gefühl zu vermitteln.
Eine elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung, die einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung ent­ spricht, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 10 beschrieben.
Wie in Fig. 10 gezeigt, umfaßt ein Steuerungs- bzw. Re­ gelungssystem der elektrisch betriebenen Servolenkvor­ richtung nach dem vierten Ausführungsbeispiel einen Lenk­ drehmomentdetektor 212, der einen Drehmomentsensor oder dergleichen zur Erfassung eines von dem Lenkrad angeleg­ ten Lenkdrehmomentes aufweisen kann, eine Steuerung 220, einen Motortreiber 215 mit einem Motorstromdetektor 215A und einen Elektromotor 200.
Die Steuerung 220 umfaßt grundsätzlich einen Mikroprozes­ sor und enthält einen Ziel-Unterstützungsdrehmomentgene­ rator 221, einen Unterstützungsdrehmomentdetektor 222 zur Bestimmung eines aktuellen unterstützenden Drehmomentes, einen Subtrahierer 223 und eine Motorsteuerungseinheit 224. Die Steuerung 220 erzeugt ein Ziel-Unterstützungs­ drehmomentsignal (Ts) entsprechend einem von dem Lenk­ drehmomentdetektor 212 detektierten Drehmomentsignal (T) und erzeugt ferner ein Steuersignal C auf der Basis des erzeugten Ziel-Unterstützungsdrehmomentsignals (Ts), um das Steuerungssignal C an den Motortreiber 215 abzugeben, so daß der Motortreiber 215 den Elektromotor 200 zur Er­ zeugung eines geforderten unterstützenden Lenkdrehmomen­ tes betreiben kann.
Die Steuerung 220 berechnet ferner ein aktuelles unter­ stützendes Drehmoment Ta entsprechend dem von dem Elektromotor 200 erzeugten unterstützenden Lenkdrehmoment auf der Basis eines von dem Motorstromdetektor 215A detek­ tierten Motorstromes IM, korrigiert das Steuersignal C auf der Basis der Differenz (ΔT) zwischen dem Ziel-Unter­ stützungsdrehmomentsignal (Ts) und dem aktuellen Unter­ stützungsdrehmomentsignal (Ta) und gibt das korrigierte Steuersignal C ab, um den Elektromotor 200 dahingehend zu steuern, daß das aktuelle Unterstützungsdrehmoment Ta dem Ziel-Unterstützungsdrehmoment Ts angeglichen wird.
Der Ziel-Unterstützungsdrehmomentgenerator 221 umfaßt einen Ziel-Unterstützungsdrehmomentwandler 221A und einen Ziel-Unterstützungsdrehmomentspeicher 221B, etwa in Form eines ROM oder dergleichen. Der Ziel-Unterstützungsdreh­ momentwandler 221A wandelt ein von dem Lenkdrehmomentde­ tektor 212 erfaßtes Lenkdrehmoment T in ein elektrisches Drehmomentsignal (T) um und konvertiert ferner das Drehmo­ mentsignal (T) in ein in dem Ziel-Unterstützungsdrehmoment­ speicher 221B gespeichertes Ziel-Unterstützungsdrehmo­ mentsignal (Ts) um, um das Ziel-Unterstützungsdrehmoment­ signal (Ts) an den Subtrahierer 223 abzugeben.
Der Unterstützungsdrehmomentdetektor 222 umfaßt einen Motordrehmomentkalkulator 222A und einen Unterstützungs­ drehmomentwandler 222B. Der Motordrehmomentkalkulator 222A liest einen von dem Motorstromdetektor 215A erfaßten Motorstrom IM, wandelt den Motorstrom IM in ein elektri­ sches Signal um und multipliziert das Motorstromsignal mit einer in einem ROM oder dergleichen gespeicherten Motordrehmomentkonstante kTM, um (kTM . IM) zu erhalten und somit ein Motordrehmoment Tm zu berechnen.
Der Unterstützungsdrehmomentwandler 222B umfaßt ein Fil­ ter, das eine Übertragungsfunktion bildet, die nach Bewe­ gungsgleichungen auf der Basis eines dynamischen Modells des Motors und des Zahnstangensystems des Lenksystems bestimmt ist und einen Freiheitsgrad von 2 hat.
Der Subtrahierer 223 berechnet die Differenz (ΔT = Ts - Ta) zwischen dem Ziel-Unterstützungsdrehmo­ mentsignal (Ts) und dem aktuellen Unterstützungsdrehmo­ mentsignal (Ta) und gibt das Differenzsignal (ΔT) an die Motorsteuerungseinheit 224 ab. Abhängig von dem zugeführ­ ten Differenzsignal (ΔT) gibt die Motorsteuerungseinheit 224 ein Steuerungssignal C, z. B. ein pulsbreitenmodulier­ tes Signal (PWM), an den Motortreiber 215 ab, der eine aus vier Feldeffekttransistoren (FETs) gebildete Brücken­ schaltung umfassen kann.
Der Motortreiber 215 wandelt das Steuersignal C in einen Motortreiberstrom (Motorstrom IM) um und gibt ein Motor­ treibersignal D ab, um den Elektromotor 200 zu treiben.
Der Motorstromdetektor 215A des Motortreibers 215 erfaßt ein Motorstromsignal IM und gibt das Motorstromsignal IM an den Unterstützungsdrehmomentdetektor 222 zur Bestim­ mung eines aktuellen Unterstützungsdrehmomentes ab.
Fig. 11 zeigt ein dynamisches Modell einer elektrisch betriebenen Servolenkvorrichtung, wobei das dynamische Modell den Freiheitsgrad 3 hat.
In Fig. 11 ist das dynamische Modell aus einem Lenkrad­ system, einem Motorsystem und einem Zahnstangensystem gebildet und hat den Freiheitsgrad 3. In Fig. 11 bezeich­ nen JS, JM die Trägheitsmomente des Lenkrades und des Elektromotors, JR die Masse der Zahnstange, kS, kM, kR die jeweiligen Federkonstanten der Torsionswelle des Lenkradsystems, der Zahnräder des Motorsystems und der Reifen des Zahnstangensystems, DS, DM, DR die jeweiligen Dämpfungskoeffizienten des Lenkradsystems, des Motorsy­ stems und des Zahnstangensystems und Tm das von dem Elek­ tromotor erzeugte Motordrehmoment.
Falls das Lenkrad fixiert ist und die Steifigkeit der Reifen in dem in Fig. 11 gezeigten dynamischen Modell ignoriert wird, so erhält man ein dynamisches Modell aus einem Motorsystem und einem Zahnstangensystem (rack­ system) mit dem Freiheitsgrad 2.
Fig. 12 zeigt ein dynamisches Modell eines Motorsystems und eines Zahnstangensystems in der elektrisch betriebe­ nen Servolenkvorrichtung nach dem vierten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung. Das gezeigte dynamische Modell hat den Freiheitsgrad 2. In Fig. 12 repräsentieren θM' und XR jeweilige Verstellungen oder Auslenkungen des Motorsy­ stems und des Zahnstangensystems, die von dem Motordreh­ moment Tm hervorgerufen werden. Auf der Grundlage des in Fig. 12 gezeigten dynamischen Modells werden Bewegungs­ gleichungen mit den Verstellungen θM und XR als Variab­ len durch die folgenden beiden linearen Differentialglei­ chungen (12) ausgedrückt:
JM . θM" + DM . θM' + kM(θM - XR) = Tm
JR . XR" + DS . XR' + kM(XR - θM) + kS . XR = 0 (12).
Die linearen Differentialgleichungen (12) werden einer Laplace-Transformation unterzogen und für Verstellungen θM(s) und XR(s) im s-Bereich wie folgt gelöst:
θM(s) = Tm(s) . A/(1 - kM . A . B)
XR(s) = Tm(s) . A . B/(1 - kM . A . B) (13)
worin A = 1/(JM . s2 + DM . s + kM) und
B = k/(JR . s2 + DM . s + kM + ks)
bedeuten.
Fig. 13 zeigt in Blockform die Verstellung oder Auslen­ kung θM(s) des Motorsystems und die Verstellung oder Aus­ lenkung XR(s) des Zahnstangensystems zu der Zeit, in der das Motordrehmoment als eine Eingangsgröße Tm(s) in dem in Fig. 12 gezeigten dynamischen Modell angewandt wird. Das in Fig. 13 gezeigte System ist auf der Basis der Gleichungen (13) für die Verstellungen θM(s), XR(s) kon­ struiert.
Aus Gleichung (1) und der ersten der Gleichungen (13) wird ein aktuelles Unterstützungsdrehmoment Ta(s) durch Multiplikation der Differenz zwischen den Verstellungen θM(s) und XR(s) mit der Federkonstante kM bestimmt, wie dies in der folgenden Gleichung (14) angegeben ist:
Ta(s) = kM(θM(s) - XR(s)) = Tm(s) . kM . A . (1 - B)/(1 - kM . A . B) (14).
Fig. 14 zeigt in Blockform ein aktuelles Unterstützungs­ drehmoment Ta(s) zu der Zeit, in der das Motordrehmoment als eine Eingangsgröße Tm(s) in dem in Fig. 12 gezeigten dynamischen Modell angewandt wird. Das in Fig. 14 gezeig­ te System ist auf der Basis der Gleichung 14 gemäß kM(θM(s) - XR(s)) konstruiert.
Aus Gleichung (14) wird eine in Fig. 14 gezeigte Übertra­ gungsfunktion G(s) durch die folgende Gleichung (15) aus­ gedrückt:
G(s) = Ta(s)/Tm(s) = kM . A . (1 - B)/(1 - kM . A . B) (15).
Fig. 15 zeigt ein Blockdiagramm entsprechend der Glei­ chung (15).
Aufgrund dieser Konstruktion des Aktuell-Unterstützungs­ drehmomentwandlers 222B des Filters mit der Übertragungs­ funktion G(s), wie sie durch Gleichung (15) repräsentiert oder in Fig. 15 gezeigt ist, kann das aktuelle Unterstüt­ zungsdrehmoment Ta erhalten werden, wenn das Motordrehmo­ ment Tm angewandt wird.
Da die Koeffizienten A, B quadratische Funktionen in be­ zug auf den "Laplace-Operator" s bilden, konstituiert die Übertragungsfunktion G(s), wie sie durch Gleichung (15) repräsentiert oder in Fig. 15 gezeigt ist, eine Funktion vierten Grades, und das Filter wird daher komplex. Sofern die Antwortcharakteristiken der Übertragungsfunktion G(s) vierten Grades approximiert werden können, ist das Filter daher aus einer quadratischen Übertragungsfunktion gebil­ det, so daß es vereinfacht ist.
Die vereinfachte quadratische Übertragungsfunktion G2(s) wird durch die untenstehende Gleichung (16) ausgedrückt. Wenn man die Dämpfungskoeffizienten der quadratischen Übertragungsfunktion G2(s) auf 1 setzt, kann das Anspre­ chen oder die Reaktion des aktuellen Unterstützungsdreh­ momentes Ta auf das Motordrehmoment Tm kritisch gemacht werden, wodurch sich das aktuelle Unterstützungsdrehmo­ ment Ta ohne Überschwinger oder Unterschwinger einem Endwert in einer kürzesten Zeitperiode annähern kann.
G2(s) = (a2s2 + b2s + c2)/(s2 + b1s + c1) (16).
Wenngleich der Aktuell-Unterstützungsdrehmomentwandler 222B in dem vierten Ausführungsbeispiel aus dem die Über­ tragungsfunktion G(s) bereitstellenden Filter gebildet ist, kann die Übertragungsfunktion G(s) software-imple­ mentiert sein, und jegliche das Filter implementierende Hardware kann entbehrlich sein.
Die elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung nach dem vierten Ausführungsbeispiel umfaßt den Aktuell-Unterstüt­ zungsdrehmomentdetektor, der aus dem Motordrehmomentkal­ kulator und dem Aktuell-Unterstützungsdrehmomentwandler gebildet ist, und berechnet ein Motordrehmoment auf der Basis eines Motorstroms und gibt das berechnete Motor­ drehmoment an ein Filter ab, das eine Übertragungsfunk­ tion realisiert. Die Übertragungsfunktion wird auf der Basis von Bewegungsgleichungen analysiert, die von einem dynamischen Modell abgeleitet werden, um auf diese Weise ein aktuelles unterstützendes Drehmoment zu erzielen.
Das Filter kann insoweit vereinfacht werden, als es die Antwortcharakteristiken der Übertragungsfunktion des Ori­ ginalfilters näherungsweise realisieren kann.
Die elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung hat einen vergleichsweise einfachen Aufbau und kann ein aktuelles Unterstützungsdrehmoment erzeugen, welches die Trägheits­ drehmomente und Viskositäts- oder Dämpfungsdrehmomente des Elektromotors und der Zahnstangeneinrichtung berück­ sichtigt.
Wenngleich die derzeit als bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung betrachteten Ausführungsbeispiele beschrie­ ben worden sind, sollte es klar sein, daß die Erfindung in anderen spezifischen Ausgestaltungen ausführbar ist, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. Die beschriebe­ nen Ausführungsbeispiele sind daher in jeder Beziehung als illustrierend und nicht als beschränkend zu betrach­ ten. Der Rahmen der Erfindung wird daher eher durch die beigefügten Ansprüche als durch die vorstehende Beschrei­ bung angegeben.
Gemäß einem Gesichtspunkt kann die Erfindung wie nachstehend zusammengefaßt werden:
Es wird eine elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug angegeben. Die Servolenkung umfaßt ein Lenksystem zur Lenkung des Kraftfahrzeugs, einen Lenkdrehmomentdetektor zur Erfassung eines auf das Lenk­ system ausgeübten manuellen Lenkdrehmomentes und einen Elektromotor zur Erzeugung eines unterstützenden Drehmo­ mentes, das als unterstützende Lenkkraft auf das Lenksy­ stem zu übertragen ist. Ein Unterstützungsdrehmomentde­ tektor erfaßt ein aktuelles Unterstützungslenkdrehmoment, das aktuell von dem Elektromotor auf das Lenksystem über­ tragen wird. Eine Steuerung hat wenigstens einen Ziel- Unterstützungsdrehmomentgenerator zur Erzeugung eines Sollwertes für ein unterstützendes Drehmoment, das von dem Elektromotor in Abhängigkeit von dem manuellen Lenk­ drehmoment zu erzeugen ist, welches von dem Lenkdrehmo­ mentdetektor detektiert wird. Die Steuereinrichtung er­ zeugt ein Steuersignal auf der Basis der Differenz zwi­ schen dem von dem Aktuell-Unterstützungsdrehmomentdetek­ tor erfaßten aktuellen Unterstützungsdrehmoment und dem von dem Ziel-Unterstützungsdrehmomentgenerator erzeugten Sollwert. Der Elektromotor wird von einem Motortreiber auf der Basis des Steuersignals der Steuerung getrieben.
Der Viskositätswiderstand oder Dämpfungswiderstand kann insbesondere durch die nachstehenden Faktoren verursacht sein:
  • 1. Innere Reibung von Schmiermitteln in verschiedenen Lagern des Motors,
  • 2. Wirbelströme in dem in dem Motor verwendeten Eisenkern und
  • 3. Selbstgeneration oder Selbstinduktion in Spulen in dem Motor.
Die Größe des Widerstandes entsprechend jedem der Fakto­ ren ist insbesondere im wesentlichen proportional zu der Motorwinkelgeschwindigkeit. Es können diesbezüglich inne­ re Fluidreibung und sekundäre (magnetische) Effekte in den betreffenden Widerstand bzw. Dämpfung einfließen.

Claims (13)

1. Elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend:
  • - ein Lenksystem zur Lenkung des Kraftfahrzeugs,
  • - eine Lenkdrehmoment-Detektionseinrichtung (12) zur Erfas­ sung eines auf das Lenksystem ausgeübten manuellen Lenkdrehmomentes,
  • - einen Elektromotor (10) zur Erzeugung eines zu dem Lenksy­ stem als Lenkunterstützungskraft zu übertragenden Unter­ stützungsdrehmomentes,
  • - eine Aktuell-Unterstützungsdrehmoment-Detektionseinrich­ tung (22) zur Erfassung eines aktuellen Unterstützungs­ drehmomentes, das von dem Elektromotor (10) aktuell zu dem Lenksystem übertragen wird, wobei die Aktuell-Unter­ stützungsdrehmoment-Detektionseinrichung (22) Mittel zur Erfassung des aktuellen Unterstützungsdrehmomentes in einem Unterstützungsdrehmoment-Übertragungsweg in dem Lenksystem umfaßt,
  • - eine Steuereinrichtung (14), die wenigstens eine Ziel-Unter­ stützungsdrehmoment-Generatoreinrichtung (16) zur Erzeu­ gung eines Zielwertes für ein von dem Elektromotor (10) in Abhängigkeit von dem mittels der Lenkdrehmoment-Detek­ tionseinrichtung (12) erfaßten manuellen Lenkdrehmoment zu erzeugendes Unterstützungsdrehmoment aufweist und dazu eingerichtet ist, ein auf der Differenz zwischen dem mittels der Aktuell-Unterstützungsdrehmoment-Detektions­ einrichtung (22) erfaßten aktuellen Unterstützungsdrehmoment und dem mittels der Ziel-Unterstützungsdrehmo­ ment-Generatoreinrichtung erzeugten Zielwert basierendes Steuersignal bereitzustellen, und
  • - eine Motortreibereinrichtung (15) zum Antreiben des Elek­ tromotors (10) auf der Basis des Steuersignals von der Steuereinrichtung (14).
2. Elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend:
  • - ein Lenksystem zur Lenkung des Kraftfahrzeugs,
  • - eine Lenkdrehmoment-Detektionseinrichtung (112; 212) zur Erfassung eines auf das Lenksystem ausgeübten manuellen Lenkdrehmomentes,
  • - eine Ziel-Unterstützungsdrehmoment-Generatoreinrichtung (121; 221) zur Erzeugung eines von dem mittels der Lenk­ drehmoment-Detektionseinrichtung (112; 212) erfaßten manuellen Lenkdrehmoment abhängigen Ziel-Unterstüt­ zungsdrehmomentsignals,
  • - einen Elektromotor (100; 200) zur Erzeugung eines als unterstützende Lenkkraft zu dem Lenksystem zu übertragen­ den Unterstützungsdrehmomentes,
  • - eine Aktuell-Unterstützungsdrehmoment-Detektionseinrich­ tung (122; 222) zur Bestimmung eines aktuell von dem Elektromotor (100; 200) zu dem Lenksystem übertragenen aktuellen Unterstützungsdrehmomentes, wobei die Aktuell- Unterstützungsdrehmoment-Detektionseinrichung (122; 222) Mittel zur Bestimmung des aktuellen Unterstützungs­ drehmomentes zumindest in Abhängigkeit von einem Motor­ strom des Elektromotors (100; 200) aufweist, und
  • - eine Motortreibereinrichtung (115; 215) zum Treiben des Elektromotors (100; 200) auf der Basis jeweiliger Ausgangssignale von der Ziel-Unterstützungsdrehmoment-Generator­ einrichtung (121; 221) und der Aktuell-Unterstützungsdreh­ moment-Detektionseinrichtung (122; 222).
3. Elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der jeweilige von der Aktuell-Unterstützungsdrehmoment- Detektionseinrichtung (122, 222) erfaßte Ist-Wert des aktuell zu dem Lenksystem übertragenen Unterstützungsdrehmomentes ein aus dem Motorstrom bestimmtes und auf der Basis eines Träg­ heitswiderstandes des Elektromotors (100; 200) korrigiertes Motordrehmoment umfaßt.
4. Elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der jeweilige von der Aktuell-Unterstützungsdrehmoment- Detektionseinrichtung (122, 222) erfaßte Ist-Wert des aktuell zu dem Lenksystem übertragenen Unterstützungsdrehmomentes ein aus dem Motorstrom bestimmtes und auf der Basis eines Träg­ heitswiderstandes und eines Viskositätswiderstandes des Elek­ tromotors (100; 200) korrigiertes Motordrehmoment umfaßt.
5. Elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2, umfassend eine Drehwinkelgeschwindigkeits-Detektionseinrichtung (110A) zur Erfassung einer Drehwinkelgeschwindigkeit des Elek­ tromotors (100), wobei die Motortreibereinrichtung (115) eine Motorstromdetektionseinrichtung (115A) zur Erfassung eines Motorstroms des Elektromotors (100) umfaßt und wobei die Aktuell-Unterstützungsdrehmoment-Detektionseinrichtung (122) Mittel zur Verarbeitung eines den von der Motorstromdetektions­ einrichtung (115A) erfaßten Motorstrom repräsentierenden Motor­ stromsignals und eines die von der Drehwinkelgeschwindigkeits- Detektionseinrichtung (110A) erfaßte Drehwinkelgeschwindigkeit repräsentierenden Drehwinkel-Geschwindigkeitssignals, um ein Aktuell-Unterstützungsdrehmomentsignal zu erzeugen, das das aktuelle Unterstützungsdrehmoment repräsentiert, welches aktuell zu dem Lenksystem übertragen wird.
6. Elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Aktuell-Unterstützungsdrehmoment-Detektionseinrich­ tung (122) Addiermittel (126) zum Addieren des Motorstromsi­ gnals und des Drehwinkelgeschwindigkeitssignals für die Bereit­ stellung eines Summensignals, ein Tiefpaßfilter (127) mit einer vorbestimmten Grenz-Kreisfrequenz für den Durchlaß des Sum­ mensignals und Subtrahiermittel (128) zur Subtraktion des Dreh­ winkelgeschwindigkeitssignals von einem Ausgangssignal des Tiefpaßfilters (127) zwecks Erzeugung des aktuellen Unterstüt­ zungsdrehmomentsignals umfaßt.
7. Elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Drehwinkelgeschwindigkeits-Detektionseinrichtung (110A) einen Gleichstromgenerator umfaßt.
8. Elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Aktuell-Unterstützungsdrehmoment-Detektionseinrich­ tung (122A) umfaßt:
  • - eine Motordrehmoment-Kalkulationseinrichtung (131) zur Berechnung eines Motordrehmomentes entsprechend dem Motorstromsignal,
  • - eine Drehimpuls-Kalkulationseinrichtung (132) zur Berech­ nung eines Drehimpulses entsprechend dem Drehwinkelge­ schwindigkeitssignal,
  • - Addiermittel zur Addition eines das von der Motordrehmo­ ment-Kalkulationseinrichtung (131) berechnete Motordreh­ moment repräsentierenden Motordrehmomentsignals und eines den von der Drehimpuls-Kalkulationseinrichtung (132) berechneten Drehimpuls repräsentierenden Drehimpulssi­ gnals zwecks Bildung eines Summensignals,
  • - ein Tiefpaßfilter (127) mit einer vorbestimmten Grenz-Kreis­ frequenz für den Durchlaß des Summensignals und
  • - Subtrahiermittel (128) zur Subtraktion des Drehimpulssignals von einem Ausgangssignal des Tiefpaßfilters (127) zwecks Erzeugung des aktuellen Unterstützungsdrehmomentsignals.
9. Elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Aktuell-Unterstützungsdrehmoment-Detektionseinrich­ tung (122B) umfaßt:
  • - eine Motordrehmoment-Kalkulationseinrichtung (131) zur Berechnung eines Motordrehmomentes entsprechend dem Motorstromsignal,
  • - eine Pseudo-Drehimpuls-Kalkulationseinrichtung (136) zur Berechnung eines Pseudo-Drehimpulses entsprechend dem Drehwinkelgeschwindigkeitssignal,
  • - eine Drehimpuls-Kalkulationseinrichtung (132) zur Berech­ nung eines Drehimpulses entsprechend dem Drehwinkelge­ schwindigkeitssignal,
  • - Addiermittel (126) zur Addition eines das von der Motor­ drehmoment-Kalkulationseinrichtung (131) berechnete Mo­ tordrehmoment repräsentierenden Motordrehmomentsignals und eines den von der Pseudo-Drehimpuls-Berechnungsein­ richtung (136) berechneten Pseudo-Drehimpuls repräsentie­ renden Pseudo-Drehimpulssignals zwecks Bildung eines Summensignals,
  • - ein Tiefpaßfilter (127) mit einer vorbestimmten Grenz-Kreis­ frequenz für den Durchlaß des Summensignals und
  • - Subtrahiermittel (128) zur Subtraktion des Drehimpulssignals von einem Ausgangssignal des Tiefpaßfilters (127) zwecks Erzeugung des Aktuell-Unterstützungsdrehmomentsignals.
10. Elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2, umfassend:
  • - eine Drehwinkelgeschwindigkeits-Detektionseinrichtung (110A) zur Erfassung einer Drehwinkelgeschwindigkeit des Elektromotors (100), wobei die Motortreibereinrichtung (115) eine Motorstrom-Detektionseinrichtung (115A) zur Erfassung eines Motorstroms des Elektromotors (100) um­ faßt und wobei die Aktuell-Unterstützungsdrehmoment- Detektionseinrichtung (122) wenigstens ein Tiefpaßfilter (127) mit einer vorbestimmten Grenz-Kreisfrequenz und/oder ein Hochpaßfilter (141) mit einer vorbestimmten Grenz- Kreisfrequenz aufweist, um das Aktuell-Unterstützungs­ drehmomentsignal basierend auf ein den von der Motor­ stromdetektionseinrichtung (115A) detektierten Motorstrom repräsentierendes Motorstromsignal und ein die von der Drehwinkelgeschwindigkeits-Detektionseinrichtung (110A) erfaßte Drehwinkelgeschwindigkeit repräsentierendes Dreh­ winkelgeschwindigkeitssignal zu erzeugen.
11. Elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Motortreibereinrichtung (215) eine Motorstrom-Detek­ tionseinrichtung (215A) zur Erfassung eines Motorstroms des Elektromotors umfaßt und wobei die Aktuell-Unterstützungsdreh­ moment-Detektionseinrichtung (222) eine Motordrehmoment- Kalkulationseinrichtung (222A) zur Berechnung eines Motordreh­ momentes auf der Basis des Motorstroms und eine Unterstüt­ zungsdrehmoment-Wandlereinrichtung (222B) zur Umwandlung des Motordrehmomentes in ein aktuelles Unterstützungsdrehmo­ ment umfaßt.
12. Elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Aktuell-Unterstützungsdrehmoment-Detektionseinrichtung (222) Filtermittel umfaßt, die eine Übertragungsfunktion aufweisen, welche auf der Grundlage von Bewegungsgleichungen eines aus einem Motorsystem und einem Zahnstangensystem gebildeten dynamischen Modells berechnet ist, dessen Freiheits­ grad 2 ist.
13. Elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Aktuell-Unterstützungsdrehmoment-Detektionseinrich­ tung (222) Filtermittel umfaßt, die durch eine quadratische Über­ tragungsfunktion approximiert sind, wenn die berechnete Über­ tragungsfunktion von höherer Ordnung ist.
DE4342451A 1992-12-11 1993-12-13 Elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung Expired - Fee Related DE4342451C2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP35318992A JPH06171519A (ja) 1992-12-11 1992-12-11 電動パワーステアリング装置
JP27970693A JP2839129B2 (ja) 1993-11-09 1993-11-09 電動式パワーステアリング装置
JP28278293A JP2825174B2 (ja) 1993-11-11 1993-11-11 電動式パワーステアリング装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE4342451A1 DE4342451A1 (de) 1994-07-14
DE4342451C2 true DE4342451C2 (de) 2001-07-26

Family

ID=27336675

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4342451A Expired - Fee Related DE4342451C2 (de) 1992-12-11 1993-12-13 Elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung

Country Status (3)

Country Link
US (1) US5473539A (de)
DE (1) DE4342451C2 (de)
GB (1) GB2273272B (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19742370B4 (de) * 1996-10-01 2005-09-15 Nsk Ltd. Steuerung eines elektrischen Leistungslenksystems
DE102009002703A1 (de) * 2009-04-29 2010-11-04 Zf Lenksysteme Gmbh Ermittlung einer Stellgrösse für eine Ansteuerung eines Momentenstellers in einer Fahrzeuglenkung

Families Citing this family (59)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2959957B2 (ja) * 1994-06-06 1999-10-06 本田技研工業株式会社 電動パワーステアリング
JP2916876B2 (ja) * 1994-11-18 1999-07-05 株式会社鈴木ラテックス 風船用クリップ止め装置
JP3493806B2 (ja) * 1995-04-21 2004-02-03 日本精工株式会社 電動パワ−ステアリング装置の制御装置
JPH0930431A (ja) * 1995-07-17 1997-02-04 Honda Motor Co Ltd 電動パワーステアリング装置
JP3521248B2 (ja) * 1995-09-08 2004-04-19 光洋精工株式会社 電動パワーステアリング装置
US5668722A (en) * 1995-10-02 1997-09-16 General Motors Corporation Electric power steering control
US5719766A (en) * 1995-10-02 1998-02-17 General Motors Corporation Electric power steering control
US5668721A (en) * 1995-10-02 1997-09-16 General Motors Corporation Electric power steering motor control
US5704446A (en) * 1995-10-02 1998-01-06 General Motors Corporation Electric power steering control
DE19603270C1 (de) * 1996-01-30 1997-07-10 Daimler Benz Ag Hydraulische Servolenkung für Kraftfahrzeuge
JP3525275B2 (ja) * 1996-02-23 2004-05-10 光洋精工株式会社 電動パワーステアリング装置
JP3360528B2 (ja) * 1996-06-19 2002-12-24 日産自動車株式会社 車両運動制御装置
US5979587A (en) * 1997-06-06 1999-11-09 Ford Global Technologies, Inc. Electrically assisted power steering apparatus
JP3390333B2 (ja) * 1997-08-27 2003-03-24 本田技研工業株式会社 電動パワーステアリング装置
US6152254A (en) * 1998-06-23 2000-11-28 Techco Corporation Feedback and servo control for electric power steering system with hydraulic transmission
WO2000005124A1 (en) * 1998-07-21 2000-02-03 Techco Corporation Feedback and servo control for electric power steering systems
JP3712876B2 (ja) * 1998-12-01 2005-11-02 三菱電機株式会社 電動式パワーステアリング制御装置
JP3752882B2 (ja) * 1999-04-01 2006-03-08 豊田工機株式会社 電動パワーステアリング制御装置
JP3677772B2 (ja) 1999-07-19 2005-08-03 日本精工株式会社 電動式パワーステアリング装置
WO2001020412A1 (en) * 1999-09-17 2001-03-22 Delphi Technologies, Inc. End-of-travel impact management system
US6408235B1 (en) 1999-09-17 2002-06-18 Delphi Technologies, Inc. End-of-travel impact management system
JP3847516B2 (ja) * 2000-03-01 2006-11-22 三菱電機株式会社 電動パワーステアリング制御装置及びその制御方法
GB2359794A (en) * 2000-03-02 2001-09-05 Rover Group Electric power-assisted steering
US7219761B2 (en) * 2000-07-21 2007-05-22 Nsk Ltd. Motor-operated power steering apparatus
FR2813265B1 (fr) * 2000-08-31 2003-01-31 Peugeot Citroen Automobiles Sa Ensemble de direction assistee electrique pour vehicule automobile
DE60114530T2 (de) * 2000-08-31 2006-07-20 Peugeot Citroen Automobiles S.A. Elektrische Servolenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug
JP3899797B2 (ja) * 2000-09-25 2007-03-28 日本精工株式会社 電動パワーステアリング装置の制御装置
JP3698628B2 (ja) * 2000-09-28 2005-09-21 光洋精工株式会社 トルク検出装置及び舵取装置
JP2002166842A (ja) * 2000-11-29 2002-06-11 Koyo Seiko Co Ltd 電動パワーステアリング制御装置
US6965820B2 (en) * 2001-09-18 2005-11-15 Delphi Technologies, Inc. Robust steering-pull torque compensation
JP3573134B2 (ja) * 2002-02-25 2004-10-06 日産自動車株式会社 車両用運転操作補助装置
ATE391066T1 (de) * 2002-09-19 2008-04-15 Nsk Ltd Steuervorrichtung für motorisierte servolenkvorrichtung
DE10355614B4 (de) * 2003-11-28 2006-11-23 Siemens Ag Einrichtung und Verfahren zur Bewegungsaufteilung einer Bewegung eines Maschinenteils entlang einer Antriebsachse einer Werkzeug- oder Produktionsmaschine
US20060032696A1 (en) * 2004-08-16 2006-02-16 Phillips Edward H Hydro-mechanically coupled electric power steering system
US7513188B2 (en) * 2004-10-08 2009-04-07 Arvinmeritor Technology, Llc Force-based power steering system
US20080264711A1 (en) * 2004-10-18 2008-10-30 Phillips Edward H Force-Based Power Steering System
US20060086557A1 (en) * 2004-10-25 2006-04-27 Phillips Edward H Inherently failsafe electric power steering system
US7715964B1 (en) * 2005-05-10 2010-05-11 Trimble Navigation, Ltd. Very low speed vehicle control algorithm operating in the spatial domain
JP4561806B2 (ja) * 2007-10-15 2010-10-13 株式会社デンソー 電動パワーステアリング装置
JP4518133B2 (ja) * 2007-10-24 2010-08-04 株式会社デンソー 電動パワーステアリング制御装置
FR2935337B1 (fr) * 2008-09-03 2010-08-27 Jtekt Europe Sas Systeme de direction assistee de vehicule automobile
DE102009000165A1 (de) * 2009-01-13 2010-07-15 Zf Lenksysteme Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung
JP4807422B2 (ja) * 2009-03-09 2011-11-02 株式会社デンソー 電動パワーステアリングシステム
CN102648119B (zh) 2009-06-29 2016-01-20 沃尔沃拉斯特瓦格纳公司 用于在运行期间辅助车辆驾驶员的方法和系统
US8820469B2 (en) * 2009-09-28 2014-09-02 Nsk Ltd. Electric power steering apparatus
US9676409B2 (en) 2013-03-11 2017-06-13 Steering Solutions Ip Holding Corporation Road wheel disturbance rejection based on hand wheel acceleration
EP2799310B1 (de) 2013-04-30 2016-06-08 Steering Solutions IP Holding Corporation Bereitstellung von Unterstützungsdrehmoment ohne Handraddrehmomentsensor
US9540044B2 (en) 2013-11-15 2017-01-10 Steering Solutions Ip Holding Corporation Hand wheel angle from vehicle dynamic sensors or wheel speeds
US10202146B2 (en) * 2014-04-25 2019-02-12 Mitsubishi Electric Corporation Steering control device and steering-assisting torque control method thereof
US9540040B2 (en) 2014-06-26 2017-01-10 Steering Solutions Ip Holding Corporation Phase plane based transitional damping for electric power steering
US10144445B2 (en) 2014-09-15 2018-12-04 Steering Solutions Ip Holding Corporation Modified static tire model for providing assist without a torque sensor for zero to low vehicle speeds
US9409595B2 (en) * 2014-09-15 2016-08-09 Steering Solutions Ip Holding Corporation Providing assist torque without hand wheel torque sensor for zero to low vehicle speeds
JP6103163B2 (ja) * 2014-12-25 2017-04-05 日本精工株式会社 電動パワーステアリング装置
JP6327198B2 (ja) * 2015-04-30 2018-05-23 株式会社デンソー 電動パワーステアリング制御装置
US10464594B2 (en) 2015-09-03 2019-11-05 Steering Solutions Ip Holding Corporation Model based driver torque estimation
US10336363B2 (en) 2015-09-03 2019-07-02 Steering Solutions Ip Holding Corporation Disabling controlled velocity return based on torque gradient and desired velocity error
KR102341111B1 (ko) * 2015-12-14 2021-12-21 현대모비스 주식회사 전동식 조향 장치 및 그 제어 방법
US10155534B2 (en) 2016-06-14 2018-12-18 Steering Solutions Ip Holding Corporation Driver intent estimation without using torque sensor signal
US10106190B2 (en) * 2017-02-17 2018-10-23 Ford Global Technologies, Llc Methods and apparatus for determining kinetic friction in electromechanical steering actuators

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2222125A (en) * 1988-07-19 1990-02-28 Fuji Heavy Ind Ltd Motor control system for electric power steering apparatus
DE3930445A1 (de) * 1988-09-13 1990-03-22 Aisin Seiki Verfahren und einrichtung zur lenkungssteuerung
DE3842334A1 (de) * 1988-12-16 1990-06-21 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur unterstuetzung der bei einem fahrzeug aufzubringenden lenkkraefte
DE4012880A1 (de) * 1989-04-25 1990-10-31 Nissan Motor Hilfslenkeinrichtung fuer kraftfahrzeuge
DE3929176A1 (de) * 1989-09-02 1991-03-07 Bosch Gmbh Robert Elektromotorische servolenkung
EP0460406A2 (de) * 1990-05-09 1991-12-11 Koyo Seiko Co., Ltd. Hilfskraftlenkung
DE4326992A1 (de) * 1992-08-11 1994-02-17 Honda Motor Co Ltd Elektrisch betätigtes Servolenksystem

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59100059A (ja) * 1982-11-30 1984-06-09 Aisin Seiki Co Ltd 電動パワ−ステアリング装置
US4509611A (en) * 1983-10-13 1985-04-09 General Motors Corporation Adaptive controller for electric power steering
JPS61110669A (ja) * 1984-11-02 1986-05-28 Honda Motor Co Ltd 電磁型倍力装置
JPS61155056A (ja) * 1984-12-27 1986-07-14 Toyoda Mach Works Ltd 電気式動力舵取装置
FR2576266B1 (fr) * 1985-01-22 1989-03-31 Honda Motor Co Ltd Dispositif de servodirection electrique pour vehicules
US5151860A (en) * 1987-12-29 1992-09-29 Jidoshi Kiki Co., Ltd. Control method for electric power steering apparatus for vehicle
JP2651922B2 (ja) * 1988-04-30 1997-09-10 自動車機器株式会社 電動式動力舵取装置の制御方法
EP0350818B1 (de) * 1988-07-11 1994-03-30 Koyo Seiko Co., Ltd. Servolenkung und Rotationsdetektor
JPH0829719B2 (ja) * 1989-03-22 1996-03-27 本田技研工業株式会社 前後輪操舵装置
US5198981A (en) * 1990-10-09 1993-03-30 General Motors Corporation Closed-loop torque control for electric power steering
EP0638470B1 (de) * 1991-10-10 1997-01-22 Koyo Seiko Co., Ltd. Elektrische Servolenkung
US5257828A (en) * 1992-06-03 1993-11-02 Trw Inc. Method and apparatus for controlling damping in an electric assist steering system for vehicle yaw rate control

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2222125A (en) * 1988-07-19 1990-02-28 Fuji Heavy Ind Ltd Motor control system for electric power steering apparatus
DE3930445A1 (de) * 1988-09-13 1990-03-22 Aisin Seiki Verfahren und einrichtung zur lenkungssteuerung
DE3842334A1 (de) * 1988-12-16 1990-06-21 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur unterstuetzung der bei einem fahrzeug aufzubringenden lenkkraefte
DE4012880A1 (de) * 1989-04-25 1990-10-31 Nissan Motor Hilfslenkeinrichtung fuer kraftfahrzeuge
DE3929176A1 (de) * 1989-09-02 1991-03-07 Bosch Gmbh Robert Elektromotorische servolenkung
EP0460406A2 (de) * 1990-05-09 1991-12-11 Koyo Seiko Co., Ltd. Hilfskraftlenkung
DE4326992A1 (de) * 1992-08-11 1994-02-17 Honda Motor Co Ltd Elektrisch betätigtes Servolenksystem

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19742370B4 (de) * 1996-10-01 2005-09-15 Nsk Ltd. Steuerung eines elektrischen Leistungslenksystems
DE102009002703A1 (de) * 2009-04-29 2010-11-04 Zf Lenksysteme Gmbh Ermittlung einer Stellgrösse für eine Ansteuerung eines Momentenstellers in einer Fahrzeuglenkung

Also Published As

Publication number Publication date
DE4342451A1 (de) 1994-07-14
GB9325416D0 (en) 1994-02-16
GB2273272B (en) 1996-09-11
GB2273272A (en) 1994-06-15
US5473539A (en) 1995-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4342451C2 (de) Elektrisch betriebene Servolenkvorrichtung
DE4232256C2 (de) Lenksystem
DE19649166C2 (de) Elektrisches Servolenksystem
DE102008042666B4 (de) Verfahren zur Kompensation von Störgrößen, welche auf ein Fahrzeug mit einer hilfskraftunterstützten Lenkung wirken
DE60125467T2 (de) Elektrische Servolenkung für ein Fahrzeug
DE60213436T2 (de) Regelungsstrategie für rechnergeregelte Lenkung
DE60320115T2 (de) Elektrische Servolenkvorrichtung
DE4443381C2 (de) Elektrisch betätigte Servolenkvorrichtung
EP1268259B1 (de) Servounterstütztes lenksystem eines kraftfahrzeugs
DE60122036T2 (de) Elektrisches Servolenkungssytem für ein Fahrzeug und Verfahren auf Basis von Drehwinkel zur Drehmomentschätzung
DE19822170C2 (de) Servolenkvorrichtung
DE3822171C2 (de)
DE60107126T2 (de) Elektrisches Servolenkungssytem für ein Fahrzeug und Verfahren auf Basis von Drehgeschwindigkeit zur Drehmomentschätzung
DE10332581B4 (de) Fahrzeugfahrbedienungsvorrichtung mit einer Vorrichtung zum Bestimmen der Linearität einer Reifencharakteristik
DE102016200763B4 (de) Elektrische servolenkvorrichtung und verfahren zum steuern derselben
DE19920975A1 (de) Elektrisches Servolenksystem
WO2012004331A1 (de) Verfahren zur bestimmung einer zahnstangenkraft für eine lenkvorrichtung in einem fahrzeug
DE102016012242A1 (de) Lenkungssteuerungsvorrichtung und lenkungssteuerungsverfahren
DE102010015857A1 (de) Elektrisches Servolenksystem für die Erzeugung eines Drehmoments zum Unterstützen des Fahrers beim Lenken
DE112015004346T5 (de) Steuerungsvorrichtung für fahrzeugmontierte vorrichtung und servolenkvorrichtung
DE102017211068A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum steuern eines in fahrzeugen verbauten lenksystems
DE102014205321A1 (de) Lenkvorrichtung und Verfahren zur Schätzung einer Zahnstangenkraft
DE10034135C1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur präzisen Ermittlung des Drehmomentes einer fahrerbetätigten Lenkhandhabe in einem Fahrzeug mit elektrischer Fahrzeuglenkung
WO2020201059A1 (de) Verfahren zur steuerung eines steer-by-wire-lenksystems und steer-by-wire-lenksystem für ein kraftfahrzeug
DE102004001984B4 (de) System und Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines elektronischen Fahrzeuglenkers unter Anwendung einer Verstärkungsplanungssteuerung bzw. Regelung

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee