DE60320115T2

DE60320115T2 - Elektrische Servolenkvorrichtung

Info

Publication number: DE60320115T2
Application number: DE60320115T
Authority: DE
Inventors: Mineki Maebashi-Shi OKAMOTO; Shuji Maebashi-Shi ENDO
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2009-06-18
Anticipated expiration: 2023-09-12
Also published as: US7242161B2; ATE391066T1; JPWO2004026665A1; US20060017413A1; AU2003262082A1; EP1541445A4; EP1541445B1; WO2004026665A1; DE60320115D1; EP1541445A1; JP4419840B2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Servolenkvorrichtung, in der eine Lenkhilfskraft, die von einem Motor bewirkt wird, an ein Steuersystem eines Autos oder Fahrzeugs gegeben wird, und insbesondere auf eine elektrische Servolenkvorrichtung, die, in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 4 und wie aus EP 1 127 775 bekannt, ein Steuersystem mit zwei Freiheitsgraden aufweist.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Die elektrische Servolenkvorrichtung, um die Lenkvorrichtung eines Autos oder Fahrzeugs mit der Rotationskraft eines Motors lastunterstützend anzutreiben, ist aufgebaut, um eine Lenksäule oder eine Zahnstange durch eine Übertragungsmechanismus wie z. B. ein Getriebe oder einen Riemen über einen Geschwindigkeitsreduktionsvorrichtung mit einer Antriebskraft des Motors lastunterstützend anzutreiben. In solch einer konventionellen elektrischen Servolenkvorrichtung wird eine Rückkopplungssteuerung des Motorstroms durchgeführt, um ein Hilfsdrehmoment (Lenkhilfsdrehmoment) präzise zu erzeugen. Die Rückkopplungssteuerung dient zum Anpassen der Spannung, die an den Motor angelegt wird, z. B. um die Differenz zwischen einem Stromsollwert und einem Motorstromdetektionswert zu reduzieren, und die an den Motor anzulegende Spannung wird im Allgemeinen durch Einstellen des Tastverhältnisses einer PWM(Pulsweitenmodulations)-Steuerung geführt.
Ein allgemeiner Aufbau der elektrischen Servolenkvorrichtung wird unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Ein Säulenschaft 2 eines Lenkrades 1 ist über ein Geschwindigkeitsreduktionsgetriebe 3, Kardangelenke 4a und 4b und einen Zahnstangenmechanismus 5 mit einer Spurstange 6 eines Laufrads verbunden. Der Säulenschaft 2 ist mit einem Drehmomentsensor 10 versehen, um das Lenkdrehmoment des Lenkrads 1 zu erfassen. Ein Motor 20 zum Unterstützen des Lenkdrehmoments des Lenkrads 1 ist durch das Geschwindigkeitsreduktionsgetriebe 3 mit dem Säulenschaft 2 verbunden. Elektrizität wird von der Batterie 14 durch einen Zündschlüssel 11 und ein Relais 13 an eine Steuereinheit 30 geliefert, welche die Servolenkvorrichtung steuert. Die Steuereinheit 30 berechnet einen Lenkhilfssollwert I eines Hilfsbefehls basierend auf dem Lenk drehmoment T, das von dem Drehmomentsensor 10 erfasst wird und basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit V, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 12 erfasst wird, und die Steuereinheit 30 steuert den an den Motor 20 zu liefernden Strom auf der Basis des berechneten Lenkhilfssollwerts I.
Die Steuereinheit 30 weist im Wesentlichen eine CPU (die auch eine MPU einschließt) auf und allgemeine Funktionen der Steuereinheit 30, die durch das Programm in der CPU ausgeführt werden, sind in 8 gezeigt. Zum Beispiel ist ein Phasenkompensator 31 nicht ein als unabhängige Hardware ausgebildeter Phasenkompensator, sondern eine Phasenkompensationsfunktion, die von der CPU ausgeführt wird.
Die Funktionen und der Betrieb der Steuereinheit 30 werden nun erklärt. Das Lenkdrehmoment T, das durch den Drehmomentsensor 10 erfasst und eingegeben wird, wird durch den Phasenkompensator 31 phasenkompensiert, um die Sicherheit des Lenksystems zu verbessern. Das Lenkdrehmoment TA, das phasenkompensiert worden ist, wird in ein Element 32 zur Berechnung eines Lenkhilfssollwerts eingegeben. Auch die Fahrzeuggeschwindigkeit V. die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 12 erfasst worden ist, wird in das Element 32 zur Berechnung des Lenkhilfskraftsollwerts eingegeben. Das Element 32 zur Berechnung des Lenkhilfskraftsollwerts bestimmt den Lenkhilfssollwert I, der ein Steuer-Zielwert des Stroms ist, der an den Motor 20 zu liefern ist, basierend auf dem Eingangslenkdrehmoment TA und der Fahrzeuggeschwindigkeit V. Der Lenkhilfssollwert I wird in einen Subtrahierer 30A eingegeben und wird auch in einen Differenzierungskompensator 34 eines Feedforward-Systems eingegeben, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu verbessern. Eine Ableitung (I-i) des Subtrahierers 30A wird in ein Verhältnisberechnungselement 35 eingege ben und wird auch in ein Integrationsberechnungselement 36 eingegeben, um die Eigenschaften des Rückkoppelsystems zu verbessern. Der Ausgangswert des Differezierungskompensators 34 und die Ausgangswerte des Verhältnisberechnungselements 35 und des Integrationsberechnungselements 36 werden addiert und in einen Addierer 30B eingegeben. Ein Stromsteuerwert E, der ein Ergebnis einer Addition in dem Addierer 30B ist, wird als Motorantriebssignal in eine Motorantriebsschaltung 37 eingegeben. Der Strom i des Motors 20 wird von einem Motorstromdetektionsschaltkreis 38 erfasst und in den Subtrahierer 30A zurückgeführt.
In solch einer konventionellen elektrischen Servolenkvorrichtung wird vorgeschlagen, die Übertragungseigenschaften des Lenkgefühls und der Sensitivität für Straßeninformationen im Frequenzbereich einzustellen (z. B. japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2001-334948 ), um die Flexibilität des Aufbaus der Vorrichtung voll auszunutzen und ein stabiles und komfortables Lenkgefühl zu erreichen. Das heißt, die komplementäre Sensitivitätsfunktion wird in Bezug auf die Frequenz der Steuervorrichtung in einem Band, in dem eine zu unterdrückende Störung existiert, auf einen Wert gesetzt, der sich "1" nähert, und wird in einem Band, in dem eine zu übertragende Strömung existiert, auf einen Wert gesetzt, der sich Null nähert. Denn gemäß der Definition der komplementären Sensitivitätsfunktion bedeutet es, dass die Störung unterdrückt wird, wenn die Funktion "1" ist, und es bedeutet, dass die Störung überhaupt nicht unterdrückt und übertragen wird, wenn die Funktion Null ist.
Es ist zu verstehen, dass das Lenkgefühl und die Sensitivität für Straßeninformationen als Kennzahlen für die Leistungsbewertung der elektrischen Servolenkvorrichtung benutzt werden können. Jedoch hat eine konventionelle elektrische Servolenkvorrichtung das Problem, dass es schwierig ist, ein Steuersystem entwerfen, welches die beiden Kennzahlen zur gleichen Zeit erfüllt, da die Übertragungseigenschaften, die diese Kennzahlen repräsentieren, eine sich gegenseitig unterordnende Beziehung haben. Das heißt, da das Lenkgefühl und die Sensitivität für Straßeninformationen eine sich gegenseitig unterordnende Beziehung haben, können das Lenkgefühl und die Sensitivität für Straßeninformationen nicht unabhängig voneinander eingestellt werden und es ist schwie rig, eine Steuervorrichtung zu entwerfen, die gleichzeitig das ideale Lenkgefühl und die ideale Sensitivität für Straßeninformationen erfüllt.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Umstände gemacht, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Servolenkvorrichtung bereitzustellen, die ein Steuersystem mit zwei Freiheitsgraden aufweist, das geeignet ist, das Lenkgefühl und die Sensitivität für Straßeninformationen unabhängig voneinander einzustellen, um gleichzeitig in einem Frequenzbereich ein ideales Lenkgefühl und eine ideale Sensitivität für Straßeninformationen zu verwirklichen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Servolenkvorrichtung zum Steuern eines Motors basierend auf einem Stromsollwert, der aus einem Lenkhilfssollwert berechnet wird, der basierend auf einem in einer Lenksäule erzeugten Lenkdrehmoment und aus einem Stromdetektionswert des Motors, der eine Lenkhilfskraft an die Lenkvorrichtung abgibt, berechnet wird. Das oben genannte Ziel der Erfindung wird durch den folgenden Aufbau erreicht. Das heißt, die elektrische Servolenkvorrichtung weist einen Drehmomentfilter zum Verarbeiten eines Drehmomentsignals, eine SAT-Schätzfunktion und einen SAT-Filter zur Signalverarbeitung der SAT-Information aus der SAT-Schätzfunktion auf, wobei die elektrische Servolenkvorrichtung auch ein Steuersystem mit zwei Freiheitsgraden aufweist, das geeignet ist, Lenkfrequenzeigenschaften des Lenkgefühls und der Sensitivität für Straßeninformationen unabhängig voneinander einzustellen.
Weiterhin wird das obige Ziel der Erfindung effektiver durch den folgenden Aufbau erreicht. Das heißt, die Verstärkung des Lenkgefühls wird so festgelegt, dass die Verstärkung bis zu einer größtmöglichen Frequenz auf einem konstanten Wert bleibt, oder die Sensitivität für Straßeninformation kann Informationen in einem unnötigen Frequenzbereich eliminieren oder das unnötige Frequenzband wird auf einen Bereich von 10 Hz bis 30 Hz festgelegt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Aufbaubeispiel eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt, 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Aufbaubeispiel der Steuereinheit zeigt, 3 ist ein schematisches Diagramm von 2, 4 ist ein Diagramm, das benutzt wird, um das Schätzen von SAT zu erläutern, 5 ist ein Diagramm, das die Ziel-Übertragungseigenschaften des Lenkgefühls zeigt, 6 ist ein Diagramm, das die Ziel-Übertragungseigenschaften der "Sensitivität für Straßeninformationen zeigt, 7 ist ein Diagramm, das ein Aufbaubeispiel einer allgemeinen Servolenkvorrichtung zeigt und 8 ist ein Blockdiagramm, das ein Aufbaubeispiel einer Steuereinheit zeigt.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
Eine elektrische Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung steuert einen Motor basierend auf einem Stromsollwert, der aus einem Lenkhilfssollwert berechnet wird, der auf der Basis eines Lenkdrehmoments, das in einer Lenksäule erzeugt wird, und aus einem Stromdetektionswert des Motors, der eine Lenkhilfskraft an einen Lenkmechanismus abgibt, berechnet wird. Die elektrische Servolenkvorrichtung weist einen Drehmomentfilter, um ein Drehmomentsignal von dem Drehmomentsensor zu verarbeiten, eine SAT-Schätzfunktion, die ein Selbstausrichtungsdrehmoment (SAT) basierend auf einem Drehmomentsignal, einer Motordrehzahl und Ähnlichem berechnet, und einen SAT-Filter auf, um ein Signal aus SAT-Informationen, das von der SAT-Schätzfunktion geschätzt worden ist, zu verarbeiten. Die elektrische Servolenkvorrichtung hat ein Steuersystem mit zwei Freiheitsgraden, das geeignet ist, Lenkgefühl (Übertragungseigenschaften des Lenkwinkels eines Lenkrads auf das Lenkdrehmoment) und Sensitivität für Straßeninformationen (Übertragungseigenschaften von der Straßenoberflächenreaktion auf das Lenkdrehmoment) unabhängig voneinander einzustellen. Somit hat die Erfindung den Vorzug, dass einfach ein Steuersystem entworfen werden kann, das in der Lage ist, gleichzeitig die idealen Eigenschaften des Lenkgefühls und der Sensitivität für Straßeninformationen zu erfüllen.
Die Sensitivität für Straßeninformationen kann durch Ändern der Federungseigenschaften eines Autos angepasst werden.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die Erfindung kann unabhängig vom Typ der elektrischen Steuerung (Säulentyp, Zahnradtyp, Zahnstangentyp und Ähnlichem) und unabhängig von der Art des Motors (mit Bürsten oder ohne Bürsten) in allen elektrischen Servolenkvorrichtungen angewandt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Steuersystem mit zwei Freiheitsgraden zur Verfügung, das geeignet ist, Frequenzeigenschaften des Lenkgefühls und der Sensitivität für Straßeninformationen unabhängig voneinander anzupassen und einzustellen, und das Steuersystem mit zwei Freiheitsgraden weist den Drehmomentfilter in Bezug auf das Drehmomentsignal, die SAT-Schätzfunktion zum Schätzen und Ausgeben des SAT und den SAT-Filter auf, der geeignet ist, den geschätzten SAT-Wert, der von der SAT-Schätzfunktion in einem Frequenzbereich geschätzt worden ist, signalzuverarbeiten. Als ein Ergebnis ist es möglich, einfach ein Steuersystem zu entwerfen, das geeignet ist, gleichzeitig ideale Eigenschaften des Lenkgefühls und der Sensitivität für Straßeninformationen zu erfüllen.
1 ist ein Blockdiagramm des gesamten Aufbaus der erfindungsgemäßen elektrischen Servolenkvorrichtung. Ein Lenkdrehmoment Th vom Lenkrad wird über einen Subtrahierer 50 an ein Laufrad (Übertragungsfunktion: 1/J_hs²) 51 übertragen und wird durch einen weiteren Subtrahierer 52 in eine Steuerung C(s) eingegeben. Ein Block 53 in der Steuerung C(s) repräsentiert die Steifigkeit (Übertragungsfunktion: K) eines Torsionsstabs. Der Ausgangswert der Steuerung C(s) wird durch einen Subtrahierer 64 in ein Lenkmodell (Übertragungsfunktion: P(s)) 60 eingegeben, der Ausgangswert θ_g des Lenkmodells 60 wird an den Subtrahierer 52 zurückgeführt und durch ein Gesamtlenkgetriebeverhältnis (Übertragungsfunktion: α) 61 ausgegeben, und wird durch ein Fahrzeugmodell (Übertragungsfunktion: C(sl-A)^–1B + D) 62 und einen Rückkopplungsblock (Übertragungsfunktion: 1/α) 63 als SAT-Information in den Subtra hierer 64 eingegeben. Die Übertragungsfunktionen des Lenkmodells 60 und des Fahrzeugmodells 62 sind bekannt.
Die Steuerung C(s) weist eine Steuereinheit 100, ein Geschwindigkeitsreduktionsgetriebeverhältnis (Übertragungsfunktion: r_g1/r_g2) 55, einen Torsionsstab (Übertragungsfunktion: K) 53 und einen Addierer 54 auf. Die Steuerung C(s) treibt einen Lenkhilfsmotor 200 an und steuert diesen. Ein Motorstrom im des Motors 200 wird in die Steuereinheit 100 eingegeben und wird durch eine Drehmomentkonstante (Übertragungsfunktion: K_t) 201 des Motors und das Geschwindigkeitsreduktionsgetriebeverhältnis 55 in einen Addierer 54 eingegeben. 2 ist ein ausführliches Blockdiagramm der Steuereinheit 100. Die Steuereinheit 100 weist eine Drehmomentsteuerung 110 und ein Motorantriebssystem 140 auf und treibt durch eine Motorantriebseinheit 202 den Motor 200 an und steuert diesen.
Ein Drehmomentsignal Tr wird in eine Hilfsgrößenberechnungseinheit 111, eine Differenzierungssteuerung 112, eine Gierratenkonvergenzsteuerung 122 und eine SAT-Schätzfunktion 120 eingegeben. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Ve1 wird in die Hilfsgrößenberechnungseinheit 111 und die Gierratenkonvergenzsteuerung 122 eingegeben. Der Ausgangswert der Größenberechnungseinheit 111 wird an die Differenzierungssteuerung 112 ausgegeben und wird in den Addierer 113 eingegeben, ein Ergebnis der Addition wird in den Drehmomentfilter 114 eingegeben und wird signalverarbeitet und der signalverarbeitete Ausgangswert des Filters wird in die SAT-Schätzfunktion 120 und durch einen Addierer 115 in einen robusten Stabilisierungskompensator 116 eingegeben. Der Ausgangswert der Gierratenkonvergenzsteuerung 122 wird in den Addierer 115 eingegeben. Die SAT-Information aus der SAT-Schätzfunktion 120 wird in einem SAT-Filter 121 signalverarbeitet und wird zusammen mit dem Ausgangswert des robusten Stabilisierungskompensators 116 in den Subtrahierer 117 eingegeben und wird Subtraktionsverarbeitung unterworfen.
Der Ausgangswert des robusten Stabilisierungskompensators 116 wird durch den Subtrahierer 117 in einen Addierer 141 im Motorantriebssystem 140 eingegeben und sein Additionsergebnis wird durch einen Kompensator 142 in den Addierer 143 eingegeben, dessen Additionsergebnis wird in die Motorantriebs einheit 202 und in einen Störungsschätzer 144 eingegeben. Der Motor 200 wird durch den Ausgangswert (Ausgangsspannung) Vm der Motorantriebseinheit 202 angetrieben, der Ausgangswert Vm und der Motorausgangsstrom im werden in einen Motordrehzahlsschätzer 145 eingegeben und der Motorausgangsstrom im wird auch in einen Störungsschätzer 144 eingegeben. Eine von dem Motordrehzahlsschätzer 145 geschätzte Motordrehzahl ω wird in den Motordrehbeschleunigungsschätzer 146, die Gierratenkonvergenzsteuerung 122 und die SAT-Schätzfunktion 120 eingegeben. Eine Motordrehbeschleunigung *ω aus dem Motordrehbeschleunigungsschätzer 146 wird in einen Motorträgheitskompensator 147 und in die SAT-Schätzfunktion 120 eingegeben.
In solch einem Aufbau berechnet die Hilfsgrößenberechnungseinheit 111 die Hilfsgröße in Übereinstimmung mit einer vorgegebenen Berechnungsgleichung basierend auf dem Drehmomentsignal Tr und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Ve1, die Differenzierungssteuerung 112 verstärkt die Steuerantwort in der Nähe der neutralen Position des Lenkvorgangs und realisiert einen weichen Lenkbetrieb. Der robuste Stabilisierungskompensator 116 ist ein Kompensator, wie er z. B. in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. H8-290778 offenbart ist. Der robuste Stabilisierungskompensator 116 hat eine charakteristische Gleichung G(s) = (s² + a1·s + a2)/(s² + b1·s + b2), wobei s der Laplace-Operator ist. Der robuste Stabilisierungskompensator 116 eliminiert einen in dem Drehmomentsignal Tr enthaltenen Spitzenwert der Resonanzfrequenz eines Resonanzssystems, das ein Trägheitselement und ein Federelement aufweist, und kompensiert eine Phasenabweichung der Resonanzfrequenz, welche die Stabilität und Reaktion des Steuersystems behindert. Die Gierratenkonvergenzsteuerung 122 legt bei einer zitternden Bewegung des Lenkrads die Bremsen an, um die Konvergenz des Gierens eines Fahrzeugs zu verbessern. Der Motorträgheitskompensator 147 vervielfacht die Motordrehbeschleunigung *ω durch Verstärkung (mehrere Schritte), um einen Motorträgheitskompensationswert zu erhalten. Der Störungsschätzer 144 ist eine Vorrichtung, wie sie z. B. in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. H8-310417 offenbart ist. Der Störungsschätzer 144 kann eine gewünschte Motorsteuerungseigenschaft in einem Ausgangsbezugswert des Steuersystems basierend auf dem Motorausgangsstromes im und einem Signal, das durch Addieren des Ausgangswerts des Störungsschätzers 144 zu einem Stromsollwert, der von dem Kompensator 142 kompensiert worden ist und der ein Steuerziel des Motorausgangswerts ist, aufrecht erhalten. Der Störungsschätzer 144 verhindert, dass die Stabilität des Steuersystems verloren geht. Die Drehzahl wird in dem Motordrehzahlschätzer 145 geschätzt, wobei ein bekanntes Verfahren, das auf der Motoranschlussspannung Vm und dem Motorausgangsstrom im basiert, benutzt wird.
Nun wird die SAT-Schätzfunktion 120 erklärt. Die japanische Patentanmeldung Nr. 2001-171844 , die vom Anmelder dieser Anmeldung eingereicht worden ist, offenbart die Funktion. Diese Funktion kann auf die SAT-Schätzfunktion 120 angewandt werden. Die Zusammenfassung dieser Anmeldung wird erklärt.
4 zeigt ein von einer Straßenoberfläche auf die Steuerung ausgeübtes Drehmoment. Wenn ein Fahrer das Lenkrad dreht, wird ein Lenkdrehmoment Th erzeugt, und der Motor erzeugt ein Hilfsdrehmoment Tm in Übereinstimmung mit dem Lenkdrehmoment Th. Als ein Ergebnis werden die Laufräder gelenkt und als Reaktionskraft wird SAT erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt erzeugen die Trägheit J des Motors und Reibung (statische Reibung) Fr Widerstand gegen den Lenkvorgang. Wenn diese Kräfte im Gleichgewicht sind, wird die folgende kinetische Gleichung (1) erhalten: J·*ω + Fr·Vorzeichen(ω) + SAT = Tm + Th (1)
Hierbei ist die Gleichung (1) Laplace-konvergiert, wobei Null als Anfangswert benutzt wird, und wenn sie nach SAT aufgelöst wird, wird die folgende Gleichung (2) erhalten: SAT(s) = Tm(s) + Th(s) – J·*ω(s) + Fr·Vorzeichen(ω(s)) (2)
Wie sich aus Gleichung (2) ergibt, kann SAT aus der Motordrehzahl ω, der Motordrehbeschleunigung *ω, der Lenkhilfskraft und dem Lenksignal geschätzt werden, wenn das Trägheitsmoment J des Motors und die statische Reibung Fr zuvor als Konstanten erhalten worden sind. Aus diesem Grund werden die Ausgangswerte des Drehmomentsignals Tr, die Motordrehzahl ω, die Motor drehbeschleunigung *ω und der Drehmomentfilter 114 der Hilfswertberechnungseinheit 111 in die SAT-Schätzfunktion eingegeben.
Wenn die SAT-Information, die von der SAT-Schätzfunktion 120 geschätzt worden ist, so wie sie ist, zurückgeführt wird, wird die Lenkkraft übermäßig groß, und das Lenkgefühl kann nicht verbessert werden. Daher wird die geschätzte SAT-Information unter Benutzung des SAT-Filters 121 signalverarbeitet und nur Information, die zur Verbesserung des Lenkgefühls notwendig ist, wird ausgegeben.
Als Nächstes wird der Aufbau des Steuersystems mit zwei Freiheitsgraden erklärt. Die Steuereinheit 100, die im Blockdiagramm von 1 gezeigt ist, hat einen Aufbau, wie er in 2 gezeigt ist. Die Steuereinheit 100 weist den Drehmomentfilter 114 zur Verarbeitung des Drehmomentsignals Tr, die SAT-Schätzfunktion 120 zum Schätzen des SAT und den SAT-Filter 121 zum Signalverarbeiten der SAT-Information von der SAT-Schätzfunktion 120 auf. Im Blockdiagramm von 1 sind die Steifigkeit K des Torsionsstabs 53 und die Steuerung der elektrischen Servolenkung zu einer neuen Steuerung C(s) kombiniert und das Steuersystem ist als P(s) definiert und ein allgemeines Steuersystem ist so, wie es in 3 gezeigt ist. In 3 wird eine Beziehung gemäß der folgenden Gleichung (3) erhalten, wenn die Betriebsgröße u, die von der Steuerung C(s) ausgegeben wird, ausgedrückt wird: u = Ts + Tm – Q·SÂT (3)
In der Gleichung (3) repräsentiert Ts das Lenkdrehmoment (Detektionswert), Tm repräsentiert das Hilfsdrehmoment, Q repräsentiert den SAT-Filter 121, der geeignet ist, den SAT-Schätzwert im Frequenzbereich zu verarbeiten und SAT repräsentiert einen geschätzten Wert, der von der SAT-Schätzfunktion geschätzt worden ist. Hierbei wird die folgende Übertragungsfunktionsgleichung erhalten, wenn eine Steuerung ohne die SAT-Schätzfunktion 120 und den SAT-Filter als C'(s) definiert ist, und das geschätzte SAT und das wirkliche SAT gleich sind (SAT = SÂT). In der Steuerung C'(s) ist in Bezug auf das Drehmomentsignal Tr auch ein Drehmomentfilter 114 enthalten.
Das Lenkgefühl (Übertragungseigenschaften von dem Lenkwinkel θ_h des Lenkrads auf das Lenkdrehmoment Ts) Gsf und die Sensitivität für Straßeninformationen (Übertragungseigenschaften von der Straßenreaktionskraft SAT auf das Steuerdrehmonent Ts) Gds werden als Auswertefunktion in der Steuervorrichtung in der elektrischen Servolenkvorrichtung ausgedrückt. Daher wird die folgende Gleichung (5) erhalten, wenn Ts = K(θ_h – θ_g), was bezeichnend für die Detektionseigenschaften des Drehmoments ist, in die Gleichung (3) eingesetzt wird:
Hierbei können die Sensitivität für Straßeninformationen Gds und das Lenkgefühl Gsf durch die folgenden Gleichungen (6) und (7) ausgedrückt werden: Gds = {K(1 + Q)P}/(1 + PC') (6) Gds = K/(1 + PC') (7)
Aus den Gleichungen (6) und (7) kann erkannt werden, dass eine Beziehung gemäß der folgenden Gleichung (8) zwischen der Sensitivität für Straßeninformation Gds und dem Lenkgefühl Gsf besteht: Gds = Gsf·P(1 + Q) (8)
Hierbei repräsentiert K die Steifigkeit des Torsionsstabs und P repräsentiert ein zu steuerndes Subjekt. Daher ist das Steuersystem so eingestellt, dass die Steuerung C' und der SAT-Filter Q so angepasst sind, dass die Sensitivität für Straßeninformationen Gds und das Lenkgefühl Gsf bevorzugte Eigenschaften haben. Um das Steuersystem auszulegen, wird die Steuerung C' zunächst so angepasst, dass das Lenkgefühl Gsf bevorzugte Eigenschaften hat, und dann wird der SAT-Filter Q so angepasst, dass die Sensitivität für Straßeninformationen Gds die bevorzugten Eigenschaften hat. Wenn jedoch das System nicht die SAT-Schätzfunktion 120 und den SAT-Filter 121 hat (Q = 0), da das Steuersystem mit zwei Freiheitsgraden nicht eingerichtet werden kann, ist es notwendig, die Sensitivität für Straßeninformation Gds und das Lenkgefühl Gsf mit der bevorzugten Übertragungsfunktion nur durch Einstellen der Steuerung C' bereitzustellen. Aus diesem Grund ist es schwierig, ein Steuersystem zu entwerfen, das gleichzeitig die Sensitivität für Straßeninformationen Gds und das Lenkgefühl Gsf erfüllt.
Daher wird, wie in der vorliegenden Erfindung, die Steuerung C'(s) mit dem Drehmomentfilter 114 in Bezug auf das Drehmomentsignal Tr zunächst so abgestimmt, dass die Übertragungseigenschaften des Lenkgefühls Gsf die bevorzugten Eigenschaften haben, und dann wird der SAT-Filter 121 (Q) so abgestimmt, dass die Übertragungseigenschaften der Sensitivität für Straßeninformationen Gds die bevorzugten Eigenschaften haben. Dadurch wird es einfach, ein Steuersystem auszulegen, welches die beiden Bewertungsfunktionen gleichzeitig erfüllt. D. h. das Steuersystem mit zwei Freiheitsgraden kann eingerichtet werden.
5 zeigt die Ziel-Übertragungseigenschaften des Lenkgefühls. Hierbei erhöht oder reduziert eine Verstärkung Ksf die Belastung des Lenkvorgangs. Wenn die Verstärkung Ksf größer ist, ist der Lenkvorgang schwerer, und wenn die Verstärkung Ksf kleiner ist, ist der Lenkvorgang leichter. Die Eigenschaften werden durch die Vorlieben eines Fahrers bestimmt. Im Hinblick auf die Fähigkeit, dem Lenken zu folgen, ist es vorteilhaft, es so einzurichten, dass die Verstärkung bis zu einer höchstmöglichen Frequenz konstant ist (fst1 ist oberhalb 5 Hz und fst2 hängt von den Eigenschaften des Fahrzeugs und des Motors ab).
6 zeigt die Ziel-Übertragungseigenschaften von Straßensensitivitätsinformationen. Die Straßeninformation ist eine wichtige Information für einen Fahrer. Da jedoch der Fahrer/die Fahrerin aufgrund seiner bzw. ihrer Erfahrung weiß, dass zwischen 10 Hz und 30 Hz unnötige Straßeninformationen existie ren, sind bevorzugte Eigenschaften solche Frequenzeigenschaften, die Straßeninformation in diesem Frequenzbereich nicht an den Lenkvorgang übertragen. Daher ist das Steuersystem so ausgelegt, dass die untere Grenzfrequenz fda1 ungefähr 10 Hz und die obere Grenzfrequenz fda2 ungefähr 30 Hz ist.
Die Rolle des Drehmomentfilters 114 und des SAT-Filters 121 sind als Einstellparameter zu begreifen, um das Steuersystem einzustellen, und es ist zu begreifen, dass die für den Drehmomentfilter 114 und den SAT-Filter 121 erforderlichen Eigenschaften in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Fahrzeugs und anderen Eigenschaften der Steuerung variiert werden. Daher sind die in 5 gezeigten Eigenschaften der Fähigkeit, dem Ziel zu folgen, und die Eigenschaften, die erforderlich sind, um die in 6 gezeigten Eigenschaften der Straßenoberflächensensitivität zu verwirklichen, die erforderlichen Eigenschaften für den Drehmomentfilter 114 und den SAT-Filter 121. Das heißt, der Drehmomentfilter 114 wird in Bezug auf das Drehmomentsignal Tr benutzt, um die Eigenschaften der Fähigkeit zu folgen der elektrischen Servolenkung zu verbessern, und wenn die Eigenschaften des Drehmomentfilters 114 in Bezug auf das Drehmomentsignal Tr, die in C' in der Gleichung (5) enthalten sind, angepasst werden, werden die Eigenschaften der Fähigkeit zu folgen, die in 5 gezeigt sind, verwirklicht. Der SAT-Filter 121 wird benutzt, um die Eigenschaften der Sensitivität für Straßeninformationen anzupassen, und die Eigenschaften der Sensitivität für die Straßenoberfläche werden verwirklicht, wenn die Eigenschaften des SAT-Filters 121 eingestellt werden.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Steuersystem mit zwei Freiheitsgraden einen Drehmomentfilter zum Verarbeiten eines Drehmomentsignals, eine SAT-Schätzfunktion und einen SAT-Filter, der geeignet ist, die geschätzten SAT-Informationen in einem Frequenzbereich zu verarbeiten. Daher können das Lenkgefühl und die Sensitivität für Straßeninformation unabhängig voneinander ausgelegt werden. Als ein Ergebnis ist es möglich, einfach ein Steuersystem zu entwerfen, das in der Lage ist, gleichzeitig die ideale Sensitivität für Straßeninformationen und ein ideales Lenkgefühl zu befriedigen.

Claims

Elektrische Servolenkvorrichtung zum Steuern eines Motors basierend auf einem Strom-Sollwert, der aus einem Lenkhilfssollwert, der basierend auf einem Lenkmoment berechnet wird, das in einer Lenksäule erzeugt wird, und aus einem Strom-Erkennungswert des Motors, der eine Lenkhilfskraft an den Lenkmechanismus abgibt, berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist: einen Momentfilter (114) zum Verarbeiten eines Momentsignals; eine SAT-Schätzfunktion (120), die ein Selbstausrichtungs-Moment schätzt; und einen SAT-Filter (121), um SAT-Information von der SAT-Schätzfunktion einer Signalverarbeitung zu unterziehen, wobei die elektrische Servolenkvorrichtung auch ein Steuersystem mit zwei Freiheitsgeraden aufweist, die unabhängig Frequenzeigenschaften eines Lenkgefühls, das eine Übertragungseigenschaft eines Lenkwinkels eines Lenkrades auf das Lenkmoment ist, und einer Sensitivität für Straßeninformationen, die eine Übertragungseigenschaft eines Straßenreaktionskraft-SAT auf das Moment ist, einstellt.
Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sensitivität für Straßeninformationen solch eine Frequenzeigenschaft ist, dass Straßeninformationen in einem unnötigen Frequenzband nicht an den Lenkvorgang übertragen werden.
Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das unnötige Frequenzband ein Bereich von 10 Hz bis 30 Hz ist.
Automobil, das mit der elektrischen Servolenkvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3 ausgestattet ist.