DE69533576T2

DE69533576T2 - Elektrische Servolenkung

Info

Publication number: DE69533576T2
Application number: DE69533576T
Authority: DE
Inventors: Takayuki Kifuku; Shunichi Wada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-12-21
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2015-12-01
Also published as: EP0718174A3; KR0161771B1; US5740040A; EP0718174B1; KR960022067A; JPH08175404A; EP0718174A2; DE69533576D1; JP3133914B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkung, wobei ein Lenkungsunterstützungsdrehmoment von einem Motor erzeugt wird.
Beschreibung des verwandten Sachstandes
In herkömmlicher Weise ist ein elektrisch betriebenes Servolenkungssystem mit einem Drehmomentsensor für das Lenkmoment eines Lenkungssystems und einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit versehen, um das Unterstützungsdrehmoment für einen Motor, der an das Lenkungssystem gekoppelt ist, auf der Grundlage der Ausgangsdaten dieser Sensoren zu steuern. In jüngerer Zeit ist, um das Lenkungsgefühl zu verbessern, ein Verfahren zum Kompensieren der Trägheit, Viskosität oder dergleichen eines Lenkungssystems auf der Grundlage der Winkelgeschwindigkeit oder Winkelbeschleunigung eines Motors zusätzlich zu einem Steuern des Unterstützungsdrehmoments eines Motors vorgeschlagen worden.
Allgemein ist zum Steuern eines Lenkungssystems auf der Grundlage der Winkelgeschwindigkeit oder Winkelbeschleunigung eines Motors, wie oben erwähnt, ein Sensor zum Erfassen des Winkels oder der Winkelgeschwindigkeit eines Motors bereitgestellt. Jedoch ist es nicht vorzuziehen, einen weiteren Sensor bereit zu stellen, weil die sich ergebenden Kosten zunehmen. Dann ist ein Verfahren zum Erhalten eines Winkelgeschwindigkeitssignals durch ein Abschätzen der induzierten Spannung eines Motors vorgeschlagen worden.
Beispielsweise zeigt 41 eine elektrisch betriebene Servolenkung, die in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 4-8190 A (nächstliegender Stand der Technik) offenbart ist. In 41 ist ein Motor 1 zum Unterstützen der Lenkung mit dem Lenkungssystem gekoppelt, während das Lenkmoment des Lenkungssystems in einem Drehmomentsensor 2 erfasst wird und die Fahrzeuggeschwindigkeit in einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3 erfasst wird. Der Strom, der durch einen Motor 1 zum Unterstützen der Lenkung fließt, wird in einer Motorstrom-Erfassungseinrichtung 4 erfasst, und die Spannung, die an dem Motor 1 angelegt wird, wird in der Motoranlegungsspannungs-Erfassungseinrichtung 5 erfasst. Der Motorstrom zum statischen Unterstützen des Lenkmoments wird in einer Lenkungskraft-Unterstützungs-Stromberechnungseinrichtung 9 berechnet. Das Lenkmoment Vt, das von dem Drehmomentsensor 2 erfasst wird, und die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3 erfasst wird, werden als Daten zur Berechnung in die Lenkungskraftunterstützungs-Stromberechnungseinrichtung 9 eingegeben, und ein Lenkungskraftunterstützungs-Zielstrom Is wird als das davon berechnete Resultat ausgegeben.
Der Strom, der durch den Motor 1 fließt, wird von einer Motorstrom-Steuereinrichtung 10 gesteuert, in welche ein Motorzielstrom Ia* und der Wert eines Motorstroms Ia^sns, der von der Motorstromerfassungseinrichtung 4 erfasst wird, eingegeben wird, und von welcher ein Motortreibersignal zu dem Motor 1 auf der Grundlage des Eingangsstroms ausgegeben wird. Die Winkelgeschwindigkeit des Motors wird von einer Motorwinkelgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 11 berechnet, in welche der erfasste Wert einer Motoranlegungsspannung Va^sns und der erfasste Wert des Motorstroms Ia^sns eingegeben werden, und von welcher die Motorwinkelgeschwindigkeitsabschätzung ω, die aus diesen erfassten Werten berechnet wird, ausgegeben wird.
In einer Motorwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 12 wird die Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung ω, die von der Motorwinkelgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 11 berechnet wird, eingegeben, und die Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt, die durch ein Differenzieren dieser Abschätzung ω erhalten wird, wird davon ausgegeben. Ein Wert des Motorstroms Id, der zum Kompensieren der viskosen Reibung des Steuersystems erforderlich ist, wird von der Viskosreibungs-Kompensations-Stromberechnungseinrichtung 14 berechnet, in welche die Motorwinkelabschätzung θ und die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω, die später beschrieben werden, wie auch die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, die von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3 erfasst wird, eingegeben werden, und von welcher ein Viskosreibungs-Kompensations-Motorzielstrom Id, der aus diesen Eingangswerten berechnet wird, ausgegeben wird.
Eine Trägheitskompensations-Stromberechnungseinrichtung 15 zum Berechnen des Motorstroms zum Kompensieren des Trägheitsmoments des Lenkungssystems berechnet einen Trägheitskompensations-Motorzielstrom Ij auf der Grundlage der Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt und gibt diesen aus. Nach einem Eingeben der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω, die von der Motorwinkelgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 11 berechnet ist, berechnet die Motorwinkelgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 16 eine Motorwinkelabschätzung θ durch eine Integration und gibt die erhaltene Abschätzung aus. Nachstehend wird der Betrieb beschrieben werden. Ein Lenkrad wird von einem Fahrer gesteuert, dann wird ein Lenkmoment in dem Lenkungssystem erzeugt und von einem Drehmomentsensor 2 erfasst, wenn die Lenkungskraftunterstützungs- Stromberechnungseinrichtung 9 einen Lenkungskraftunterstützungs-Zielstrom Is, z. B. wie in 42 gezeigt, auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3 eingegeben wird, und des Lenkmoments Vt, das von dem Drehmomentsensor 2 eingegeben wird, berechnet, und das berechnete Ergebnis wird der Motorstromsteuereinrichtung 10 als ein Motorzielstrom Ia* vorgegeben.
Die Motorstromsteuereinrichtung 10 führt eine derartige Rückkopplungssteuerung durch, dass der erfasste Wert Ia^sns eines Motorstroms mit dem Motorzielstrom Ia* übereinstimmen kann und treibt weiter den Motor 1. Sobald der Motor 1 getrieben wird, wird die Spannung, die an den Motor 1 angelegt ist, von der Motoranlegungsspannungs-Erfassungseinrichtung 5 erfasst, und der erfasste Wert wird als ein Erfassungswert Va^sns der Motoranlegungsspannung der Motorwinkelgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 11 vorgegeben.
In der Motorwinkelgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 11 wird eine Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω aus dem erfassten Wert Va^sns der Motoranlegungsspannung und aus dem erfassten Wert Ia^sns des Motorstroms berechnet und der Motorwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 12, der Motorwinkelgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 16 und der Viskosreibungskompensations-Stromberechnungseinrichtung 14 vorgegeben. In der Motorwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 12 wird eine Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt durch ein Differenzieren der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω bestimmt und der Trägheitskompensations-Stromberechnungseinrichtung 15 vorgegeben.
In der Motorwinkel-Berechnungseinrichtung 12 wird der Motorwinkel θ durch ein Integrieren der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω bestimmt und der Viskosreibungskompensations-Stromberechnungseinrichtung 14 vorgegeben. In der Viskosreibungskompensations-Stromberechnungseinrichtung 14 wird der Lenkungswahrnehmung aus der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω und der Motorwinkel-Abschätzung θ eine Viskositätswahrnehmung vermittelt, und außerdem wird ein Viskosreibungs-Kompensations-Zielstrom Id, der zum Verbessern der Konvergenz einer Lenkradrückstellung effektiv ist, die sich insbesondere während eines Fahrens bei hoher Geschwindigkeit wahrscheinlich verschlechtert, berechnet. Dann wird dieser Zielstrom Id von dem Lenkkraftunterstützungs-Zielstrom Is in einem Addierer abgezogen.
Die Trägheitskompensations-Stromberechnungseinrichtung 15 berechnet aus der Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt einen Trägheitskompensations-Zielstrom Ij, der wirksam bei einem Abmildern des Gefühls einer Trägheit ist, um die Lenkkraft unter dem Einfluss des Trägheitsmoments des Rotors in einem Motor 1, insbesondere zu der Zeit einer Umkehr in der Steuerrichtung, schwerer auszuführen, und fügt das erhaltene Ziel dem Lenkkraftunterstützungs-Zielstrom Is hinzu. Auf diese Weise wird, indem der Viskosreibungskompensations-Zielstrom Id von dem Lenkkraftunterstützungs-Zielstrom Is abgezogen wird, und der Trägheitskompensations-Zielstrom Ij diesem hinzugefügt wird, der Motorzielstrom Ia* gefunden und der Motorstromsteuereinrichtung 10 vorgegeben, so dass der Motorstrom auf die folgende ähnliche Prozedur gesteuert wird.
Hier wird die Funktion der Motorwinkelgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 11 im Detail beschrieben werden. Unter der Annahme, dass der Motor 1 ein getrennt angelegter DC-Motor ist, kann die Äquivalenzschaltung des Ankers in dem Motor 1 wie in 43 ausgedrückt werden, wobei
Ra: Ankerwiderstand;
La: Ankerimpedanz;
Ve: Motorinduktionsspannung;
Va: Motoranlegungsspannung; und
Ia: Motorstrom.
In 43 kann, indem der transiente Term auf der Grundlage der Ankerinduktanz La vernachlässigt wird, Va in der folgenden Gleichung (1) ausgedrückt werden: Va = Ia·Ra + Ve (1)
Es sei
Ke: Motorinduktions-Spannungskonstante; und
ωm: Motorwinkelgeschwindigkeit;
Ve wird in der folgenden Gleichung (2) ausgedrückt: Ve = ke·ωm (2)
Somit wird die folgende Gleichung (3) aus den Gleichungen (1) und (2) erhalten:
Nun kann, da Ra und Ke Konstante sind, und die erfassten Werte für Va und Ia verwendet werden können, die Motorwinkelgeschwindigkeit durch ein Ausdrücken von Gleichung (3) als Gleichung (4) abgeschätzt werden.
wobei
ω = Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung;
Va^sns = Erfassungswert der Motoranlegungsspannung; und
Ia^sns = Erfassungswert des Motorstroms.
Unter der Annahme, dass der Motor 1 PWM-getrieben ist, ist die Beziehung zwischen Va und Ia annähernd so wie in 44 gezeigt und wiederholt ein transientes Phänomen bei jedem Umschalten zwischen einem Energielauf und einem regenerativen Lauf. Im Allgemeinen ist die PMW-Trägerperiode ausreichend kurz bezüglich der elektrischen Zeitkonstante des Motors 1 eingestellt, so dass Ia als DC angesehen werden kann, Va hingegen wird eine Rechteckwelle. Somit ist es, um die Motorwinkelgeschwindigkeit ω in Übereinstimmung mit Gleichung (4) zu finden, notwendig, die Rechteckwellenkomponente von Va zu entfernen und das Zeitmittel von Id zu erhalten.
In der Motorwinkelgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 11 wird nach einem Abtasten des erfassten Werts der Rechteckwellen-Motoranlegungsspannung die Rechteckwellenkomponente unter Verwendung eines digitalen Filters entfernt und ω wird in Übereinstimmung mit Gleichung (4) berechnet.
Mit einer herkömmlich elektrisch betätigten Servolenkungsvorrichtung ist ein Motor PWM-getrieben, um das Erhitzen eines Schaltelements für eine Motorantriebssteuerung zu unterdrücken, und die PWM-Trägerfrequenz wird auf ungefähr 20 kHz außerhalb des hörbaren Frequenzbands eingestellt, um zu verhindern, dass ein Geräusch in dem Motorantrieb auftritt, wie oben beschrieben. Somit muss, wenn sie wie eine herkömmliche Vorrichtung angeordnet ist, dass die Motorwinkelgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung durch eine Softwareverarbeitung implementiert ist, und dass die Rechteckwellenkomponente der Motoranlegungsspannung Va unter Verwendung eines digitalen Filters entfernt wird, die Abgasfrequenz auf ein sehr hohes Niveau eingestellt werden, um die Motorwinkelgeschwindigkeit ω genau zu berechnen, und folglich ist die Softwareverarbeitung in hohem Maße überlastet, was dadurch zu dem Problem führt, eine teure CPU mit einer hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit zu erhalten.
Zusätzlich schließt der Ankerwiderstand Ra einen Verdrahtungswiderstand zwischen dem Motor und dem Controller und einen Kontaktwiderstand eines Verbinders ein, und die Variation in dem Ankerwiderstand einzelner Motoren ist groß. Überdies variiert der Ankerwiderstand Ra unter dem Einfluss der Temperatur, wie etwa einem Erwärmen beim Fluss eines großen Stroms. Somit wird natürlich erwogen, dass Fehler in dem Ankerwiderstand enthalten sind. Hier kann, indem ΔRa der Fehler zwischen dem Ra, das für die Berechnung in Übereinstimmung mit der Gleichung (4) verwendet wird, und dem tatsächlichen Ra ist, die Motorwinkelgeschwindigkeit ω in der folgenden Gleichung (5) ausgedrückt werden.
Aus der obigen Gleichung (5) wird gefunden, dass ein Fehler in Ra als ein Fehler in ω auftritt, und der resultierende Fehler ist proportional zu dem Motorstrom Ia. Dementsprechend weist eine herkömmliche Vorrichtung ein Problem dahingehend auf, dass dann, wenn ein großer Strom durch einen Motor fließt, ein DC-Fehler in ω, d. h. ein Versatz, erzeugt wird. Folglich tritt ein Problem auf, wenn beispielsweise um eine Kurve gefahren wird, dahingehend, dass ω nicht 0 wird, obwohl das Lenkrad gehalten wird.
Überdies ist es schwierig, den Differentialberechnungsabschnitt (mit 12 in 41 bezeichnet) zum genauen Berechnen einer Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt aus der Motorwinkelgeschwindigkeit ω zu implementieren, und die Abtastfrequenz muss hoch eingestellt werden, um eine rauschfreie und genaue Differentialberechnung zu implementieren, die für die Steuerung eines Lenkungssystems insbesondere mittels einer Softwareverarbeitung verwendet werden kann.
Dies liegt daran, dass die Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt reichlich Rauschen aufweist, das aus der Differentialberechnung bei der Abtastfrequenz erhalten wird, die durch kostengünstige CPUs mit niedriger Verarbeitungsgeschwindigkeit implementierbar ist, die weit verbreitet in einer elektrisch betriebenen Servolenkungsvorrichtung implementierbar ist. Somit ist ein Problem aufgetreten, das die Verwendung einer kostengünstigen CPU zur Kosteneinsparung bei der Steuerung einer elektrisch betriebenen Servolenkungsvorrichtung verursacht wird, dass eine Welligkeit, die in dem Motorstrom erzeugt wird, das Lenkrad vibriert und dass ein Rauschen auftritt.
Andererseits verschlechtert sich, verglichen mit einer manuellen Lenkung, die Lenkradrückführung, wenn der Griff gelockert wird, insbesondere in dem Bereich einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit, wo die Wiedereinstellungskraft der Räder in die Neutralposition wegen des Trägheitsmoments, das einem Motor ... ist, der an dem Lenkungsmechanismus angebracht ist, und einer Reibung, die durch die Getriebekopplung des Motors mit dem Lenkungssystem herbeigeführt wird, mit einer elektrisch betriebenen Servolenkungsvorrichtung klein ist. Daneben ist ein weiteres Problem aufgetreten, dahingehend, dass die Rückkopplung der Motorwinkelgeschwindigkeit, die bei der Softwareverarbeitung erhalten wird, die Konvergenz der Lenkradrückführung in dem Bereich einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit verbessert, aber die Lenkradrückführung in dem Bereich der niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit verschlechtert und nicht auf einfache Weise in die Neutralposition zurückkehrt, wenn man zurück auf eine gerade Straße nach der Beendigung einer Kurvenfahrt gelangt.
Überdies besteht ein weiteres Problem dahingehend, dass die Reibung einer Getriebekopplung des Motors mit dem Lenkungssystem die Lenkungswahrnehmung nahe neutral, d. h. der Mittenwahrnehmung während eines Fahrens, belastet und eine sogenannte Reibungswahrnehmung herbeiführt. Auf ähnliche Weise neigt die negative Rückkopplung der Motorwinkelgeschwindigkeit, wie in herkömmlichen Vorrichtungen, dazu, dieses Problem zu verschlimmern.
Zusammenfassung der Erfindung
Um diese Probleme zu lösen, besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine elektrisch betriebene Servolenkungsvorrichtung bereit zu stellen, die in der Lage ist, die Schwierigkeiten, die die Lenkradrückführung, eine viskose Wahrnehmung, eine Trägheitswahrnehmung und dergleichen betreffen, zu beseitigen, und die Lenkungswahrnehmung ohne das Erfordernis zu verbessern, einen neuen Sensor zu installieren oder eine CPU mit einer hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit zu verwenden.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand gelöst, der in Anspruch 1 definiert ist; weitere vorteilhafte Ausführungsformen davon sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die elektrische Servolenkungsvorrichtung umfasst: einen Motor, der mit dem Lenkungssystem verbunden ist; eine PWM-Steuereinrichtung zum Anreiben und Steuern des Motors auf der Grundlage eines PWM-modulierten Steuersignals; eine Motoranlegungsspannungs-Erfassungseinrichtung, die eine Tiefpasscharakteristik aufweist, zum Konvertieren der erfassten Spannung, die an den Motor angelegt ist, in einem vorbestimmten Pegel, und zum Entfernen der PWM-Trägerfrequenzkomponente davon mit Hilfe der Tiefpasscharakteristik, und die die resultierende Spannung ausgibt, wobei die Grenzfrequenz unterhalb der PWM-Trägerfrequenz, die in dem Steuersignal enthalten ist, eingestellt ist; eine Winkelgeschwindigkeits-Abschätzungseinrichtung zum Abschätzen der Winkelgeschwindigkeit des Motors auf der Grundlage der erfassten Motoranlegungsspannung; und eine Stromwert-Berechnungseinrichtung zum Berechnen des Zielstroms des Motors bezüglich des abgeschätzten Ergebnisses der Winkelgeschwindigkeit. Somit besteht ein Vorteil dahingehend, dass durch ein Abschätzen der Motorwinkelgeschwindigkeit bezüglich des erfassten Werts der Motoranlegungsspannung, die nach einem Entfernen der Rechteckwellenkomponente in einer Schaltung, die eine Tiefpasscharakteristik aufweist, erfasst ist, auf der Grundlage des erfassten Werts der Motoranlegungsspannung, wobei die Grenzfrequenz niedriger als die PWM-Trägerfrequenz ist, die für den Antrieb des Motors verwendet wird, die Motorwinkelgeschwindigkeit auch für eine niedrigere Abtastfrequenz als jene einer herkömmlichen Vorrichtung genau abgeschätzt werden kann.
In einer bevorzugten Form wird die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung unterhalb eines vorbestimmten Werts in Übereinstimmung mit einem Strom durch den Motor abgeschnitten. Somit besteht ein Vorteil dahingehend, dass, indem die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung in Übereinstimmung mit einem Strom durch den Motor korrigiert wird, ein Fehler in der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung verringert werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Form wird die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung unterhalb eines vorbestimmten Werts in Übereinstimmung mit dem Lenkmoment abgeschnitten. Somit besteht ein Vorteil dahingehend, dass, indem die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung in Übereinstimmung mit dem Lenkmoment korrigiert wird, ein Fehler in der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung verringert werden kann.
In noch einer weiteren bevorzugten Form wird die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung auf 0 abgeschnitten, wenn das berechnete Ergebnis der Motorwinkelbeschleunigung unterhalb eines vorbestimmten Werts ist. Somit besteht ein Vorteil dahingehend, dass ein Fehler in der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung verringert werden kann.
In noch einer weiteren bevorzugten Form wird die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung einer Hochpassfilterung unterworfen, wenn die PWM-Trägerfrequenz oberhalb einer vorbestimmten Frequenz ist. Somit besteht ein Vorteil dahingehend, dass der Satz der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung beseitigt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Form wird die Motorwinkelbeschleunigung durch ein Differenzieren der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung abgeschätzt. Somit besteht ein Vorteil dahingehend, dass die Motorwinkelbeschleunigung auch für eine niedrigere Abtastfrequenz als jene einer herkömmlichen Vorrichtung genau abgeschätzt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Form weist die Differentialverarbeitung eine Bandpasscharakteristik auf. Somit besteht ein Vorteil dahingehend, dass die Motorwinkelbeschleunigung genau auch für eine niedrigere Abtastfrequenz als jene einer herkömmlichen Vorrichtung abgeschätzt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Form wird die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung einer Tiefpassfilterung unterworfen, die eine Grenzfrequenz ungefähr gleich der Grenzfrequenz des hohen Bereichs der Bandpasscharakteristik zu der Zeit einer Differentialverarbeitung aufweist. Somit besteht ein Vorteil dahingehend, dass die Phasenbeziehung zwischen der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung und der Motorwinkelbeschleunigung normal gehalten werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Form wird die Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung auf 0 abgeschnitten, wenn das berechnete Ergebnis davon unterhalb des vorbestimmten Werts ist. Somit besteht ein Vorteil dahingehend, dass Rauschen, das in der Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung enthalten ist, beseitigt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Form wird die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung positiv zu dem Lenkungssteuersystem rückgekoppelt und in Übereinstimmung mit der positiven Rückkopplung wird der durchlaufende Motorstrom unterhalb eines vorbestimmten Werts auf der Grundlage der Reibung des Lenkungssystems abgeschnitten. Somit besteht ein Vorteil dahingehend, dass, indem die Coulomb-Reibung des Steuersystems kompensiert wird, die Wahrnehmung der Lenkung verbessert werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Form wird bei einem Abschneiden der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung in Übereinstimmung mit der positiven Rückkopplung der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung der Motorstromwert oder die positive Rückkopplungsstärkung der Motorwinkelgeschwindigkeit in Abhängigkeit von zumindest entweder der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung und Fahrzeuggeschwindigkeit geändert. Somit besteht ein Vorteil dahingehend, dass die Wahrnehmung der Lenkung verbessert werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Form ist eine Differentiationseinrichtung zum Erhöhen des hindurchfließenden Motorstroms in Übereinstimmung mit der positiven Rückkopplung der Motorwinkelgeschwindigkeits- Abschätzung bei der zunehmenden Zeit bereitgestellt. Somit besteht ein Vorteil dahingehend, dass insbesondere durch ein Kompensieren der statischen Reibung des Lenkungssystems die Lenkungswahrnehmung verbessert werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Form wird eine Lenkungssteuerung, die auf der Winkelgeschwindigkeit basiert ist, durch die negative Rückkopplung der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung durchgeführt. Somit besteht ein Vorteil dahingehend, dass insbesondere durch ein Kompensieren der viskosen Reibung des Lenkungssystems die Lenkungswahrnehmung verbessert werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Form wird die negative Rückkopplungsverstärkung der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung in Abhängigkeit von zumindest entweder der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung oder der Fahrzeuggeschwindigkeit geändert. Somit besteht ein Vorteil dahingehend, dass die Verschlechterung der Reibungswahrnehmung verhindert werden kann, oder dass durch eine Änderung in der Rückkopplungsverstärkung in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit die Verschlechterung der Lenkradrückführung bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit verhindert werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Form wird eine Lenkungssteuerung, die auf der Motorwinkelbeschleunigung basiert ist, durch die positive Rückkopplung der Winkelbeschleunigungs-Abschätzung durchgeführt. Somit besteht ein Vorteil dahingehend, dass insbesondere durch ein Kompensieren des Trägheitsmoments des Lenkungssystems die Lenkungswahrnehmung verbessert werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Form wird die positive Rückkopplungsverstärkung der Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung in Abhängigkeit von zumindest entweder der Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung oder der Fahrzeuggeschwindigkeit geändert. Somit besteht ein Vorteil dahingehend, dass die Vibration eines Lenkrads nahe dem Lenkrad-Neutralpunkt verhindert werden kann, oder dass durch eine Änderung in der Rückkopplungsverstärkung abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit die angenehmste Lenkungswahrnehmung verwirklicht werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Hardware-Blockdiagramm einer Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ein Software-Blockdiagramm einer Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 einen Graphen, der die DC-Charakteristik einer Motoranlegungsspannungs-Erfassungsschaltung in einer Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 einen Graphen, der die Frequenzcharakteristik einer Motoranlegungsspannungs-Erfassungsschaltung in einer Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 einen Graphen, der ein Verfahren zum Einstellen der Grenzfrequenz in einer Motoranlegungsspannungs-Erfassungsschaltung oder einer Motoranschlussspannungs-Erfassungsschaltung in einer Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
6 ein Flussdiagramm, das den Betrieb einer Motorwinkelgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung in einer Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
7 einen Graphen, der die Beziehung zwischen dem Koeffizienten zum Korrigieren einer Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung und dem Motorstrom in einer Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
8 einen Graphen, der die Beziehung zwischen dem Motorstrom und der Motorwinkelgeschwindigkeit in einem DC-Motor veranschaulicht;
9 ein Flussdiagramm, das den Betrieb einer Motorwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung in einer Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
10 ein Blockdiagramm, das den Betrieb einer Motorwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung in einer Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
11 einen Graphen, der die Frequenzcharakteristik einer Motorwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung in einer Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 einen weiteren Graphen, der die Frequenzcharakteristik der Motorwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung in einer Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Coulomb-Reibungs-Kompensationsstrom-Berechnungseinrichtung in einer Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
14 einen Graphen, der die Beziehung zwischen der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung und der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Coulomb-Reibungs-Kompensationsstrom in einer Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
15 ein Flussdiagramm, das den Betrieb einer Viskosreibungs-Kompensationsstrom-Berechnungseinrichtung in einer Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
16 einen Graphen, der die Beziehung zwischen der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung und der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Viskosreibungs-Kompensationsstrom in einer Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
17 ein Flussdiagramm, das den Betrieb einer Trägheitskompensationsstrom-Berechnungseinrichtung in einer Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
18 einen Graphen, der die Beziehung zwischen der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung und der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Trägheitskompensationsstrom in einer Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
19 einen Graphen, der die Beziehung zwischen dem Koeffizienten zum Korrigieren der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung und dem Lenkmoment in einer Steuerung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
20 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Korrigieren der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung in einer Steuerung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
21 einen Graphen, der die Beziehung zwischen der Schwelle zum Korrigieren der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung und dem Motorstrom in einer Steuerung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
22 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Korrigieren der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung in einer Steuerung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
23 ein Blockdiagramm, das die Beziehung zwischen einer Einrichtung zum Korrigieren der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung und einer Einrichtung zum Berechnen des Motorsteuerstroms in einer Steuerung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
24 ein Blockdiagramm, das die Beziehung zwischen einer Einrichtung zum Korrigieren der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung und einer Motorwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung in einer Steuerung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
25 ein Satz von Graphen, die die Beziehung zwischen eine Einrichtung zum Korrigieren der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung und der Motorwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung in einer Steuerung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
26 ein Blockdiagramm, das die Beziehung zwischen einer Einrichtung zum Korrigieren der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung und der Motorwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung und einer Einrichtung zum Berechnen des Motorsteuerstroms in einer Steuerung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
27 einen Graphen, der ein Verfahren zum Korrigieren der Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung in einer Steuerung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
28 einen Graphen, der die Beziehung zwischen der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung und dem Coulomb-Reibungs-Kompensationsstrom in einer Steuerung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
29 einen Graphen, der die Beziehung zwischen der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung und dem Coulomb-Reibungs-Kompensationsstrom in einer Steuerung gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
30 einen weiteren Graphen, der die Beziehung zwischen der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung und dem Coulomb-Reibungs-Kompensationsstrom in einer Steuerung gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
31 ein Blockdiagramm, das ein Verfahren zum Kompensieren der statischen Reibung in einer Steuerung gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
32 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Kompensieren der statischen Reibung in einer Steuerung gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
33 einen Graphen, der die Beziehung zwischen dem Differentialwert der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung und dem statischen Reibungs-Kompensationsstrom einer Steuerung gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
34 ein Blockdiagramm, das ein weiteres Verfahren zum Kompensieren der statischen Reibung in einer Steuerung gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
35 einen Graphen, der die Beziehung zwischen der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung und dem Viskosreibungs-Kompensationsstrom in der Steuerung gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
36 einen Graphen, der die Beziehung zwischen der Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung und dem Viskosreibungs-Kompensationsstrom in einer Steuerung gemäß einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
37 ein Hardware-Blockdiagramm einer Steuerung gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
38 einen Graphen, der die DC-Charakteristik einer Motoranschlussspannungs-Erfassungsschaltung in einer Steuerung gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
39 einen Graphen, der die Frequenzcharakteristik einer Motoranschlussspannungs-Erfassungsschaltung in einer Steuerung gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
40 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Berechnen der Motoranlegungsspannung in einer Steuerung gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
41 ein Blockdiagramm, das die Anordnung einer herkömmlichen Steuerung zeigt;
42 einen Graphen, der die Beziehung zwischen dem Lenkmoment und dem Lenkunterstützungsstrom für die vorliegende Erfindung und eine herkömmliche Steuerung veranschaulicht;
43 ein Äquivalenzschaltungsdiagramm eines DC-Motorankers; und
44 einen Wellenformgraphen, der die Beziehung zwischen der Motoranlegungsspannung und dem Motorstrom in dem PWM-Antrieb eines DC-Motors zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben werden, während auf die zugehörigen Zeichnungen Bezug genommen wird. In den Ausführungsformen bezeichnen gleiche Symbole durchgängig Teile oder Elemente, die jenen in 41 ähnlich oder äquivalent sind.
Ausführungsform 1
1 ist eine Aufbauansicht eines Controllerabschnitts einer elektrisch betriebenen Servolenkungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Ausgang eines Drehmomentsensors 2 wird in dem A/D-Konverter 8f, der später beschrieben ist, über einen Drehmomentsensoreingang I/F 2a für eine DC-Verstärkung und eine Phasenkompensation eingegeben. Ein Ausgang eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 3 wird in den Eingangs-/Ausgangsanschluss 8e über einen Fahrzeugsensor I/F 3a eingegeben.
Ein Strom durch einen Motor 1 wird mit einem Stromerfassungswiderstand 4a in eine vorbestimmte Spannung in einer Motorstrom-Erfassungsschaltung 4 eingegeben, die eine Abtasthalteschaltung 4b zum Abtasten der Spannung zwischen beiden Enden des Stromerfassungswiderstands 4a während einer Energielaufzeit, zum Halten desselben während der regenerativen Laufzeit und zum Verstärken der gehaltenen Spannung in einer Verstärkungsschaltung 4c umfasst.
Eine Spannung zwischen den Anschlüssen eines Motors 1 wird in einen vorbestimmten Spannungspegel konvertiert, indem diese durch eine Motoranlegungsspannungs-Erfassungsschaltung 5 läuft, die ein Tiefpassfilter aufweist, das durch eine niedrigere vorbestimmte Durchgangsfrequenz als die PWM-Trägerfrequenz gekennzeichnet ist, und in den A/D-Konverter 8f, der später beschrieben ist, eingegeben. Die Motoranlegungsspannungs-Erfassungsschaltung 5 umfasst einen OP-Verstärker 5j und Filterkonstanten, die aus Widerständen 5a
5g und Kondensatoren 5h
5i bestehen.
Eine H-förmige Brückenschaltung 7 zum Durchleiten eines Stroms für rechtsweisende und linksweisende Drehungen umfasst vier in einer Brücke verbundene Leistungs-MOSFETs 7a
7d, die von FET-Treibern 6a
6d zu treiben sind. Ein Mikrocomputer 8 zum Ausgeben eines Treibersignals zu der H-förmigen Brückentreiberschaltung 6 umfasst: eine CPU 8a; einen ROM 8b zum Speichern von Programmen und dergleichen; einen RAM 8c zum vorübergehenden Halten von Daten und dergleichen; einen Pulsbreitenmodulator 8d, der mit FET-Treibern 6a, 6c verbunden ist, zum Erzeugen eines Pulses, um den Motor 1 zu treiben; einen I/O-Anschluss 8e, der mit FET-Treibern 6b, 6d verbunden ist, und über den Fahrzeuggeschwindigkeitssensoreingang I/F 3a mit dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3 verbunden ist; einen A/D-Konverter 8f, der mit dem Ausgang der Motorstrom-Erfassungsschaltung 4 und jenem der Motoranlegungsspannungs-Erfassungsschaltung 5 verbunden ist, und über einen Drehmomentsensoreingang I/F 2a mit dem Drehmomentsensor 2 verbunden ist; und einen Zeitgeber 8g, der zum Verwalten der Steuerperiode oder dergleichen zu verwenden ist.
2 ist ein S/W-Blockdiagramm der Lenkungssteuerung, die von der CPU 8a verarbeitet wird. In die Lenkkraftunterstützungsstrom-Berechnungseinrichtung 9 zum Berechnen des Motorstroms, der zum statischen Unterstützen des Lenkmoments verwendet wird, werden das Lenkmoment Vt, das von dem Drehmomentsensor 2 erfasst wird, und die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3 erfasst wird, eingegeben, und der Lenkkraftunterstützungs-Zielstrom Is wird davon ausgegeben.
In die Motorstromsteuereinrichtung 10 zum Steuern des Stroms, der durch den Motor 1 fließt, werden der Motorzielstrom Ia* und der erfasste Wert des Motorstroms Ia^sns, der von der Motorstrom-Erfassungseinrichtung 4 erfasst wird, eingegeben, und ein Motortreibersignal wird davon auf der Grundlage beider Eingangswerte des Motorstroms ausgegeben. In die Motorwinkelgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 11 zum Berechnen der Winkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω des Motors 1 werden der erfasste Wert der Motoranlegungsspannung Va^sns, der von der Motoranlegungsspannungseinrichtung 5 erfasst wird, und der erfasste Wert des Motorstroms Ia^sns, der von der Motorstrom-Erfassungseinrichtung 4 erfasst wird, eingegeben, und die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω wird davon auf der Grundlage dieser erfassten Werte ausgegeben.
In die Motorwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 12 wird die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω, die von der Motorwinkelgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 11 berechnet ist, eingegeben, und die Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt, die durch ein Differenzieren dieser Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω erhalten wird, wird davon ausgegeben. In die Coulomb-Reibungskompensationsstrom-Berechnungseinrichtung 12 zum Berechnen des Motorstroms zum Kompensieren der Coulomb-Reibung des Lenkungssystems werden die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω und die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3 erfasst wird, eingegeben, und ein Coulomb-Reibungskompensations-Zielstrom Ic wird davon auf der Grundlage dieser eingegebenen Werte ausgegeben.
In die Viskosreibungs-Kompensationsstrom-Berechnungseinrichtung 14 zum Berechnen des Motorstroms zum Kompensieren der Viskosreibung des Lenkungssystems werden die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω und die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, die von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3 erfasst wird, eingegeben, und ein Viskosreibungs-Kompensationsmotor-Zielstrom Id wird davon auf der Grundlage dieser eingegebenen Werte ausgegeben. In die Trägheitskompensationsstrom-Berechnungseinrichtung 12 zum Berechnen des Motorstroms zum Kompensieren des Trägheitsmoments des Lenkungssystems wird die Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt eingegeben, und ein Trägheitskompensationsmotor-Zielstrom Ij wird davon ausgegeben.
Die 3 und 4 zeigen die DC-Charakteristik bzw. die Frequenzcharakteristik einer Motoranlegungsspannungs-Erfassungsschaltung 5. 5 veranschaulicht ein Verfahren zum Einstellen der Grenzfrequenz einer Motoranlegungsspannungs-Erfassungsschaltung 5.
6 ist ein Flussdiagramm, um den Betrieb der Motorwinkelgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 11 zu veranschaulichen, während 7 einen Koeffizienten K1 zum Korrigieren der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω veranschaulicht.
8 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Motorstrom Ia und der Motorwinkelgeschwindigkeit ωm.
9 ist ein Flussdiagramm, um den Betrieb der Motorwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 12 zu veranschaulichen. 10 ist ein Blockdiagramm, das die Funktion der Motorwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 12 darstellt. Die 11 und 12 zeigen die Frequenzcharakteristika davon an.
13 ist ein Flussdiagramm, um den Betrieb der Coulomb-Reibungskompensationsstrom-Berechnungseinrichtung 13 zu veranschaulichen. 14 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs und dem Coulomb-Reibungskompensationsstrom Ic.
15 ist ein Flussdiagramm, um den Betrieb der Viskosreibungs-Kompensationsstrom-Berechnungseinrichtung 14 zu veranschaulichen. 16 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs und dem Viskosreibungs-Kompensationsstrom Id.
17 ist ein Flussdiagramm, um den Betrieb der Trägheits-Kompensationsstrom-Berechnungseinrichtung 15 zu veranschaulichen. 18 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs und dem Trägheitskompensationsstrom Ij.
Als nächstes wird der Betrieb dieser Ausführungsform beschrieben werden, wobei der Motorstrom Ia in der Richtung der gestrichelten Linie in 1 als ein Beispiel durchgeleitet wird. In Übereinstimmung mit einer Instruktion des Mikrocomputers 8 schalten die FET-Treiber 6b und 6c die Leistungs-MOSFETs 7b und 7c aus, der FET-Treiber 6d schaltet den Leistungs-MOSFET 7d ein, und der FET-Treiber 6a treibt den Leistungs-MOSFET 7a bei einem vorbestimmten Tastverhältnis PWM-mäßig.
In Abhängigkeit von dem Ein- oder Aus-Zustand des Leistungs-MOSFET 7a fließt der Motorstrom Ia entlang des Pfads, der jeweils durch den Energielauf oder den regenerativen Lauf in 1 angezeigt ist. In der Motorstrom-Erfassungsschaltung 4 wird der Motorstrom Ia zuerst in eine Spannung durch den Stromerfassungswiderstand 4a konvertiert. Jedoch fließt während der regenerativen Laufzeit der Motorstrom Ia nicht durch den Stromerfassungswiderstand 4a, wie in 1 gezeigt. Aus diesem Grund wird, während der Leistungs-MOSFET 7a ein ist, d. h. während der Energielaufzeit, eine Spannung zwischen beiden Enden des Stromerfassungswiderstands 4a in der Abtasthalteschaltung 4b abgetastet, und die abgetastete Spannung wird gehalten, während der Leistungs-MOSFET 7a aus ist, d. h. während der regenerativen Laufzeit. Danach wird die erhaltene Spannung bei einer vorbestimmten Verstärkung in der Verstärkungsschaltung 4c verstärkt, in den A/D-Konverter 8f in den Mikrocomputer 8 eingegeben und digital konvertiert. Dann wird der digital konvertierte Strom von dem Mikrocomputer 8 erfasst.
Die Motoranlegungsspannungs-Erfassungsschaltung 5 beseitigt die Rechteckkomponente, die in der Motoranlegungsspannung Va in Übereinstimmung mit dem PWM-Antrieb auftritt, und gibt die resultierende Komponente außerdem in den A/D-Konverter 8f nach einem Konvertieren derselben auf einen vorbestimmten Spannungspegel ein, so dass ein Eingang in den A/D-Konverter 8f möglich wird.
Hier wird die Motoranlegungsspannungs-Erfassungsschaltung 5 im Detail beschrieben werden. Wenn der OP-Verstärker als ein idealer OP-Verstärker betrachtet wird, und unter der Annahme, dass R11 = R21 = R1 (6) R12 = R22 = R2 (7) C11 = C21 = C1 (8)wird die Beziehung zwischen der Motoranlegungsspannung Va und dem erfassten Wert der Motoranlegungsspannung Va^sns in dem s-Bereich (S: Laplace-Operator) wie folgt gefunden: Vasns = V1 + (Va·(R2/R1))/(1 + (C1·R2·s)) (9)
Indem Gleichung (9) betrachtet wird, wird gefunden, dass Va^sns gleich einer Spannung ist, die durch ein Anbringen der Verzögerungscharakteristik einer Zeitkonstante C1·R2 an der R2/R1-geteilten Spannung von Va und weiter einem Addieren des Ergebnisses zu einer DC-Vorspannung V1 erhalten wird. Das heißt, dass die DC-Charakteristik und die Frequenzcharakteristik wie in 3 bzw. in 4 gezeigt werden.
In Gleichung (9) ist es zweckdienlich, V1 in die Mitte (z. B. 2,5 V) des Eingangsspannungsbereichs (z. B. 0 bis 5 V) des A/D-Konverters 8f einzustellen. Überdies wird, wenn für den Widerstand R1 = R12 = R1, R21 = R22 = R2 und den Kondensator C11 = C21 = C1, R2/R1 auf eine derartige Weise eingestellt, dass der Spannungsbereich von Va (z. B.
12 bis 12 V) auf einen Pegel in dem Eingangsspannungsbereich (z. B. 0 bis 5 V) des A/D-Konverters 8f geändert wird. Und wie in 5 gezeigt, wird die Grenzfrequenz fc = 1/(2π·C1·R2) auf eine derartige Weise eingestellt, ausreichend niedriger als der PWM-Träger (z. B. 20 kHz) und ausreichend höher als die Motoransprechfunktion (z. B. einige hundert Hz) sein.
Auf diese Weise ist eine Bandbreite sichergestellt, an welcher das Lenkungssystem steuerbar ist, und der erfasste Wert der Motoranlegungsspannung Va^sns von welcher die Rechteckwellenkomponente entfernt worden ist, kann in den A/D-Konverter 8f eingegeben werden.
Als nächstes wird der Betrieb einer Software gemäß dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf 2 beschrieben werden. Ein Lenkkraftunterstützungs-Zielstrom wird auf der Grundlage des Lenkmoments und der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet, eine Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung wird aus dem erfassten Wert der Motoranlegungsspannung und jenem des Motorstroms berechnet, und eine Motorwinkelbeschleunigung wird aus dem berechneten Ergebnis berechnet. Überdies wird jeder Kompensationszielstrom aus der berechneten Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung und der Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung berechnet, ein Motorzielstrom wird durch ein Addieren des vorgenannten Lenkkraftunterstützungs-Zielstroms und der vorgenannten jeweiligen Kompensationszielströme zusammen von diesen berechneten Ergebnissen berechnet, und die Rückkopplungssteuerung dieses Motorzielstroms wird durchgeführt. Ein derartiger Umfang von Betriebsschritten ist der gleiche wie bei einer herkömmlichen Vorrichtung. Zusätzlich weisen die Lenkkraftunterstützungsstrom-Berechnungseinrichtung 9 und die Stromsteuereinrichtung 10 die gleichen Funktionen wie jene in einer herkömmlichen Vorrichtung auf, und somit wird die Beschreibung davon weggelassen.
Nachstehend wird der Betrieb für jeden Block beschrieben werden. Zunächst berechnet die Motorwinkelgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 11 eine Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω aus dem erfassten Wert der Motoranlegungsspannung Va^sns und jenem des Motorstroms Ia^sns in Übereinstimmung mit der Gleichung (4). Unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm der 6 wird diese Prozedur beschrieben werden.
Zu aller erst werden die A/D-konvertierten Daten des Erfassungswerts der Motoranlegungsspannung Va^sns und jenem des Motorstroms Ia^sns in S61 gelesen, und die konstanten Daten des Ankerwiderstands Ra und die Motorinduktionsspannungskonstante Ke werden aus dem ROM in S62 gelesen. Als nächstes wird in S63, unter Bezugnahme auf eine vorbestimmte Ia^sns-K1-Tabelle der Koeffizient K1 aus dem Erfassungswert des Motorstroms Ia^sns bestimmt, der in S61 gelesen ist. Schließlich wird in S64 eine Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω aus Gleichung (4) berechnet, und der K1 wird in S63 und Gleichung (10) untenstehend bestimmt, und die erhaltene Abschätzung ω wird in dem RAM 8c gespeichert.
Hier werden die Ia^sns-K1-Tabelle und K1 im Detail beschrieben werden. Beim Berechnen einer Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω in Übereinstimmung mit Gleichung (4) ist der Fehler in der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω, der dem Fehler in dem Ankerwiderstand Ra zuzurechnen ist, proportional zu dem Motorstrom Ia und nimmt mit einer Erhöhung in dem Motorstrom Ia zu, wie durch Gleichung (5) gezeigt. Das heißt, dass der Versatz der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω mit einer Zunahme in dem Motorstrom Ia zunimmt. Im Allgemeinen besteht, wenn die Spannung, die an den Motor angelegt wird, konstant ist, jedoch eine Beziehung zwischen dem Motorstrom Ia und der Motorwinkelgeschwindigkeit ωm derart, dass die Motorwinkelgeschwindigkeit ωm mit einer Zunahme in dem Motorstrom Ia abnimmt, wie in 8 gezeigt.
Somit ist es, wenn ein großer Strom durch den Motor fließt, zweckmäßig, die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω auf 0 abzuschneiden. Zu dieser Zeit kann die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω auf ω = 0 gesetzt werden, wenn der Erfassungswert des Motorstroms Ia^sns eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, aber um eine abrupte Änderung in der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω, die aus Gleichung (4) bestimmt ist, mit einem Koeffizienten K1 zu multiplizieren, der für einen Erfassungswert des Motorstroms Ia^sns = 0 1 ist und sich an 0 mit einer Zunahme in den Erfassungswert des Motorstroms Ia^sns annähert, wie in 7 gezeigt. Es wäre jedoch am besten, K1 auf eine derartige Weise auszuwählen, dass der Wert von K1 für den Erfassungswert des Motorstroms Ia^sns = 0 1 ist, und zumindest für den Erfassungswert Ia^sns gleich dem Sperrstrom Imax während der 100%-Zyklustreiberzeit des Motors 1 0 wird.
Weiter werden Gleichung (4), K1 und der Erfassungswert des Motorstroms Ia^sns beim Berechnen von ω eingesetzt, aber der Motorzielstrom Ia* kann anstelle des Erfassungswerts des Motorstroms Ia^sns eingesetzt werden, wenn das Ansprechen der Stromsteuereinrichtung 10 als schnell genug angesehen werden kann. Dann besteht ein Vorteil dahingehend, dass das berechnete ω nicht von dem Rauschen beeinträchtigt wird, das in dem Erfassungswert des Motorstroms Ia^sns enthalten ist.
Auf diese Weise wird, wenn eine Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω in Übereinstimmung mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung bestimmt wird, die Rechteckwellenkomponente von der Motoranlegungsspannung in der Motoranlegungsspannungs-Erfassungsschaltung 5 entfernt, und dementsprechend wird weiter eine Software-Berechnung einfach, und die Abtastfrequenz kann auch auf einen niedrigeren Wert gesetzt werden. Zusätzlich kann der Versatz der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω, die durch einen Fehler in dem Ankerwiderstand Ra herbeigeführt ist, auch einfach und effektiv beseitigt werden.
Die Motorwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 12 berechnet eine Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt aus der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω, die in der Motorwinkelgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 11 berechnet ist. Diese Berechnungsprozedur wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm der 9 und das Blockdiagramm der 10 beschrieben werden. Weiter stellt das Blockdiagramm der 10 funktionell die Prozedur von S92 bis S94 aus dem Flussdiagramm der 9 dar.
Zu aller erst wird die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω in S91 gelesen, und die Hochpassfilterung davon bezüglich einer vorbestimmten Grenzfrequenz fc 1 wird in S92 durchgeführt. Als nächstes wird das berechnete Ergebnis von S92 mit einer Verstärkung K2 in S93 multipliziert, eine Tiefpassfilterung des Ergebnisses, das in S93 berechnet ist, wird weiter bei einer vorbestimmten Grenzfrequenz fc 2 durchgeführt, und dω/dt wird in S94 erhalten. Schließlich wird dω/dt in den RAM 8c in S95 gespeichert.
Durch diese Berechnungen wird die Frequenzcharakteristik der 11 erhalten. Das heißt, dass, wenn fc 1 nahe der Ansprechfrequenz (z. B. 5 Hz), die für das Lenkungssystem erforderlich ist, eingestellt ist, dann die Differentialcharakteristik von 20 dB/dec in dem Frequenzband verarbeitet werden kann, wo eine Trägheitswahrnehmung des Motors an Bedeutung gewinnt. Überdies ist es, wenn fc 2 eingestellt ist, das unnötige Band (z. B. oberhalb 5 Hz) für die Steuerung des Lenkungssystems abzuschneiden, auch möglich, das Rauschen der Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt gleichzeitig zu unterdrücken.
Wenn kein Bedarf besteht, die Verstärkung in der Motorwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 12 zu erhöhen, wird der Schritt S93 unnötig, und die Frequenzcharakteristik der 12 wird erhalten, wenn dieser Schritt weggelassen wird.
Die Coulomb-Reibungskompensationsstrom-Berechnungseinrichtung 13 berechnet eine Coulomb-Reibungskompensationsstrom-Abschätzung Ic zum Kompensieren der Coulomb-Reibung des Lenkungssystems und zum Verbessern der Lenkrad-Rückführbarkeit und der Reibungswahrnehmung bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit aus der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs. Die Berechnungsprozedur wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm der 13 und 14 beschrieben werden. Zunächst wird die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω, die wie oben erwähnt berechnet wird, und die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, die in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Verfahren berechnet wird, in S131 gelesen. Dann wird ein Coulomb-Reibungskompensations-Zielstrom Ic aus der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω bestimmt, und die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs wird in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Tabelle in S132 bestimmt. Schließlich wird der vorbenannte Coulomb-Reibungskompensations-Zielstrom Ic in dem RAM in S133 gespeichert.
Eine Tabelle zum Bestimmen von Ic ist so angeordnet, wie beispielsweise in 14 gezeigt, dass ein Strom, der auf einen definierten Wert abgeschnitten ist, der von der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs abhängt, in der gleichen Richtung wie mit ω läuft, wenn die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω den einen vorbestimmten Wert ω1 überschreitet. Hier ist der Abschneidewert Ic1 des Stroms auf eine derartige Weise eingestellt, dass das Lenkungssystem ein Drehmoment zum Kompensieren einer Erhöhung in der Coulomb-Reibung des Lenkungssystems, die durch die Verbindung mit dem Motor 1 herbeigeführt wird, erzeugen kann.
Auf diese Weise fließt, wenn der Motor 1 durch das Lenken eines Fahrers oder das Selbstausrichtungsmoment eines Reifens gedreht wird, ein definierter Strom in der Drehrichtung des Motors, und somit wird ein Betrieb, wie etwa, wenn die Coulomb-Reibung des Lenkungssystems verringert worden ist, möglich. Zusätzlich wird eine Verbesserung in der Lenkradrückführung und der Reibungswahrnehmung möglich. Im übrigen kann der Wert Ic konstant sein, unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, aber wenn die Tabelle so angeordnet ist, dass der Wert des Stroms mit einer Erhöhung in der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs abnimmt, wie in 14 gezeigt, kann die Verschlechterung einer Konvergenz bei einer Lenkradrückführung bei einer hohen Fahrgeschwindigkeit, die später beschrieben ist, verhindert werden, die Lenkradrückführung einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit kann verbessert werden, und weiter kann die Wahrnehmung eines Lenkens gesteigert werden.
Auf ähnliche Weise kann, obwohl die vorbenannte Schwelle ω1 auch konstant unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs sein kann, diese hingegen in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit auch variiert werden. Beispielsweise kann, wenn ω1 eingestellt ist, mit einer Erhöhung in der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs zuzunehmen, wie in 14 gezeigt, das Schwingen des Lenkrads bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit verhindert werden.
Die Viskosreibungs-Kompensationsstrom-Berechnungseinrichtung 14 berechnet einen viskosen Reibungs-Kompensations-Zielstrom Id zum Vorgeben einer viskosen Wahrnehmung an das Lenkrad und zum Steigern der Konvergenz der Lenkradrückführung, die sich in wahrscheinlicher Weise insbesondere bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit verschlechtert, aus der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs. Diese Prozedur wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm der 15 und die charakteristische Zeichnung der 16 beschrieben werden.
Zunächst werden die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω, die wie oben erwähnt berechnet wird, und die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, die in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Verfahren berechnet wird, in S151 gelesen. Dann wird ein Viskosreibungs-Kompensations-Zielstrom Id aus der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Tabelle in S152 bestimmt. Schließlich wird der vorgenannte Viskosreibungs-Kompensations-Zielstrom Id in dem RAM 8c in S153 gespeichert.
Eine Tabelle zum Bestimmen eines Viskosreibungs-Kompensations-Zielstroms Id ist so angeordnet, wie beispielsweise in 16 gezeigt, dass ein Strom proportional zu der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω in der entgegengesetzten Richtung zu der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω läuft. Auf diese Weise läuft, wenn der Motor 1 durch das Lenken eines Fahrers oder durch das Selbstausrichtungsmoment eines Reifens gedreht wird, der Viskosreibungs-Kompensations-Zielstrom Id proportional zu der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω in der zu der Drehrichtung des Motors 1 entgegengesetzten Richtung.
Folglich wird ein Betrieb, wie etwa einer, wenn die Viskosreibung des Lenkungssystems erhöht worden ist, möglich. Zusätzlich zu einem Vorgeben einer derartigen Viskoswahrnehmung und einer reaktiven Wahrnehmung, wie sie in der hydraulischen Servolenkung erhalten wird, auf das Lenkrad wird eine Verbesserung bei der Lenkradrückführung bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit möglich. Weiter kann, obwohl die Verstärkung Id/ω unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs konstant sein kann, wenn die Tabelle angeordnet ist, dass die vorgenannte Verstärkung mit einer Erhöhung in der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs zunimmt, wie in 16 gezeigt, die Verschlechterung der Lenkradrückführung bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit verhindert werden. Bei einer mittleren und hohen Fahrzeuggeschwindigkeit kann eine solide Lenkwahrnehmung, die von einer Viskoswahrnehmung und einer reaktiven Wahrnehmung begleitet ist, dem Lenkungssystem auferlegt werden, die Konvergenz der Lenkradrückführung kann verbessert werden, und die Lenkungswahrnehmung kann weiter gesteigert werden.
Die Trägheitskompensationsstrom-Berechnungseinrichtung 15 berechnet einen Trägheitskompensations-Zielstrom Ij, der effektiv zum Verringern der Trägheitswahrnehmung ist. Diese Prozedur wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm der 17 und auf die Charakteristik-Zeichnung der 18 beschrieben werden. Zunächst werden die Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt, die wie oben beschrieben berechnet wird, und die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, die in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Verfahren berechnet wird, in S171 gelesen. Dann wird ein Trägheitskompensations-Zielstrom Ij aus der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Tabelle in S172 bestimmt. Schließlich wird der Trägheitskompensations-Zielstrom Ij in dem RAM 8c in S173 gespeichert.
Eine Tabelle zum Bestimmen eines Trägheitskompensations-Zielstroms Ij ist so angeordnet, beispielsweise wie in 18 gezeigt, dass ein Strom proportional zu der Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt in der Richtung der Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt läuft. Auf diese Weise läuft, wenn sich der Motor 1 durch die Handhabung eines Fahrers oder das Selbstausrichtungsmoment eines Reifens dreht, der Trägheitskompensationsstrom Ij proportional zu der Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt in der Beschleunigungsrichtung des Motors 1. Dementsprechend wird ein derartiger Betrieb möglich, als ob das Trägheitsmoment des Lenkungssystems verringert worden ist, und eine Verschlechterung in der Trägheitswahrnehmung der Handhabungswahrnehmung aufgrund einer Verbindung des Motors 1 mit dem Lenkungssystem kann verhindert werden.
Hier wird im Allgemeinen in der Lenkkraftunterstützungsstrom-Berechnungseinrichtung 9, um eine sichere und solide Lenkhaltekraft für den Fahrer bereit zu stellen, die Verstärkung Is/Vt mit einer Erhöhung in der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs verringert, wie in 42 gezeigt. Folglich nimmt mit einer Erhöhung in der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs die Lenkhaltekraft zu, aber es tritt ein nachteiliger Effekt auf, dass sich das Ansprechverhalten des Lenkungssystems verschlechtert. Somit kann die Verstärkung Ij/(dω/dt) unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs konstant sein, aber falls die Tabelle so angeordnet ist, dass die Verstärkung Ij(dω/dt) mit einer Erhöhung in der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs zunimmt, wie in 16 gezeigt, kann die oben erwähnte Verschlechterung des Ansprechverhaltens kompensiert werden, so dass eine sichere und solide Lenkhaltekraft für einen Fahrer, ohne das Ansprechverhalten zu verschlechtern, mit einer Erhöhung in der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs bereitgestellt werden kann.
Im Gegensatz dazu kann in einem Fall, wo sich die Konvergenz einer Lenkradrückführung einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit mit einer Erhöhung in der vorgenannten Verstärkung verschlechtert, die Tabelle so angeordnet werden, dass die Verstärkung mit einer Erhöhung in der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs abnimmt.
Der Motorzielstrom Ia* wird durch ein Addieren des Coulomb-Reibungskompensations-Zielstroms Ic, des Viskosreibungs-Kompensations-Zielstroms Id, des Trägheitskompensations-Zielstroms Ij und des Lenkkraftunterstützungs-Zielstroms Is zum statischen Unterstützen des Lenkmoments zusammen bestimmt, und der Motor 1 wird unter einer derartigen Rückkopplungssteuerung durch die Stromsteuereinrichtung 10 gesteuert, dass dieser Motorzielstrom Ia* mit dem Erfassungswert des Motorstroms Ia^sns übereinstimmt.
Wie oben beschrieben, können gemäß dieser Ausführungsform, da eine Anordnung zum Abschätzen einer Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω aus der Motoranlegungsspannung, die von einer Hardware erfasst wird, eingesetzt wird, und die Anpasscharakteristik in dem Differentialbetrieb eines Abschätzens einer Motorwinkelbeschleunigung dω/dt aus der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω verwendet wird, die Motorwinkelbeschleunigung dω/dt und die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω genau auch für eine niedrigere Abtastfrequenz berechnet werden, und eine kostengünstigere CPU kann im Vergleich zu einer herkömmlichen Vorrichtung verwendet werden.
Zusätzlich kann wegen einer Anordnung zum Korrigieren der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω auf der Grundlage des Motorstroms Ia der Effekt des Ankerwiderstands Ra auf die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω im Vergleich zu einer herkömmlichen Vorrichtung verringert werden. Überdies können wegen einer Anordnung zum Kompensieren der Coulomb-Reibung auf der Grundlage der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω die Lenkradrückführbarkeit oder die Reibungswahrnehmung insbesondere bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit, ohne die Kosten zu erhöhen, im Vergleich zu einer herkömmlichen Vorrichtung verringert werden.
Ausführungsform 2
In der obigen Ausführungsform 1 wird, um den Effekt eines Fehlers, der in dem Ankerwiderstand Ra enthalten ist, auf die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω zu unterdrücken, die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω auf 0 abgeschnitten, wenn ein großer Strom durch den Motor 1 fließt. Jedoch kann, indem berücksichtigt wird, dass ein schnelles Lenken für ein großes Lenkmoment unmöglich ist, die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω auf 0 abgeschnitten werden, wenn das Lenkmoment groß ist.
Zu dieser Zeit kann die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω auf 0 eingestellt werden, wenn das Lenkmoment eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, aber um eine abrupte Änderung in der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω zu umgehen, kann der Korrekturkoeffizient K1 aus dem Lenkmoment Vt anstelle aus dem Motorstrom Ia bestimmt werden, wie es in der Ausführungsform 1 der Fall ist, wie in 19 gezeigt.
Im Allgemeinen ist die Norm für einen elektrisch betriebenen Servolenkungs-Controller oft mit einem Fehler für einen Maximalwert eines Lenkunterstützungs-Zielstroms Is bei jeder Fahrzeuggeschwindigkeit gegeben. Somit kann, obwohl angenommen werden kann, dass für ein großes Lenkmoment Vt ein Problem auftreten könnte, so dass die Norm für einen elektrisch betriebenen Servolenkungs-Controller bezüglich des Versatzes der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω nicht erfüllt werden kann, wenn der Strom, der durch ein statisches Addieren des Coulomb-Reibungskompensations-Zielstroms Ic und des Viskosreibungs-Kompensations-Zielstroms Id auf der Grundlage der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω zu dem Lenkkraftunterstützungs-Zielstrom Is bestimmt wird, durch den Motor 1 fließt, die Ausführungsform 2 dieses Problem sicher verhindern.
Ausführungsform 3
In den Ausführungsformen 1 und 2 ist, um den Effekt eines Fehlers, der in dem Ankerwiderstand Ra enthalten ist, auf die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω zu unterdrücken, die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω, die in Übereinstimmung mit Gleichung (4) bestimmt wird, ausgelegt, mit einem Korrekturkoeffizienten K1 multipliziert zu werden, aber kann so ausgelegt werden, unterhalb einer vorbestimmten Schwelle ωTH abgeschnitten zu werden.
20 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb einer Motorwinkelgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 11 in der Ausführungsform 3 zeigt. 21 dient zum Veranschaulichen der vorbenannten Schwelle ωTH.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm der 20 der Betrieb der Motorwinkelgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 11 beschrieben werden. Zunächst werden die A/D-konvertierten Daten des Erfassungswerts der Motoranlegungsspannung Va^sns und jene des Motorstroms Ia^sns in S201 gelesen, die konstanten Daten des Ankerwiderstands Ra werden gelesen, und die Motorinduktions-Spannungskonstante Ke wird aus dem ROM 8b in S202 gelesen, und eine Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω wird in Übereinstimmung mit der Gleichung (4) in S203 berechnet.
Als nächstes wird in S204 unter Bezugnahme auf eine vorbestimmte Tabelle die Schwelle ωTH aus dem Erfassungswert des Motorstroms Ia^sns der in S201 gelesen ist, bestimmt, und schneidet die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω, die in S205, S206 und S203 bestimmt ist, unterhalb der vorbenannten Schwelle ωTH ab. Schließlich wird in S207 die erhaltene Abschätzung ω in dem RAM 8c gespeichert.
Hier werden die Ia^sns-ωTH-Tabelle und ωTH im Detail beschrieben werden. Beim Berechnen einer Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω in Übereinstimmung mit der Gleichung (4) ist ein Fehler in der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω, der auf einen Fehler in dem Ankerwiderstand Ra zurückführbar ist, proportional zu dem Motorzielstrom Ia, wie durch die Gleichung (5) gezeigt. Dementsprechend wird angenommen, dass, wenn die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω, die aus der Gleichung (4) bestimmt wird, unterhalb der Schwelle ω abgeschnitten wird, die 0 mit einer Erhöhung in dem Erfassungswert des Motorstroms Ia^sns erreicht, der Versatz der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω für einen großen Motorzielstrom Ia beseitigt werden kann.
Im Allgemeinen besteht, wenn die Spannung, die an einem Motor angelegt wird, konstant ist, jedoch eine Beziehung zwischen dem Motorstrom Ia und der Motorwinkelgeschwindigkeit ωm, wenn die Motorwinkelgeschwindigkeit ωm mit einer Erhöhung in dem Motorstrom Ia abnimmt, wie in 8 gezeigt. Somit ist es zweckmäßig, K1 auf eine derartige Weise empirisch einzustellen, dass ein Wert der Schwelle ωTH größer als die Motorwinkelgeschwindigkeit ωmax während der 100%-Zyklustreiberzeit für einen unbelasteten Motor ist und zumindest für den Erfassungswert Ia^sns gleich dem Blockierstrom Imax wird.
Weiter kann der Motorzielstrom Ia auch in dieser Ausführungsform anstelle des Erfassungswerts des Motorstroms Ia^sns eingesetzt werden, wenn das Ansprechverhalten der Stromsteuereinrichtung 10 schnell genug ist. Zusätzlich kann ωTH aus dem Lenkmoment Vt anstelle aus dem Erfassungswert des Motorstroms Ia^sns, wie in der Ausführungsform 2 bestimmt werden.
Ausführungsform 4
Auch wenn der Versatz der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω wie in den Ausführungsformen 1 bis 3 korrigiert wird, sind für einen relativ kleinen Motorzielstrom Ia Fälle vorhanden, wo der Effekt eines Fehlers in dem Ankerwiderstand Ra auf das berechnete Ergebnis der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω auftritt. Jedoch wird, da ein Fehler in der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω, der auf einen Fehler in dem Ankerwiderstand Ra zurückzuführen ist, proportional zu dem Motorzielstrom Ia ist, wie oben erwähnt, ein derartiger Versatz als relativ klein angesehen (z. B. 2 bis 3 Bit). Somit wird, wenn die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω, die, wie mit den Ausführungsformen 1 bis 3 berechnet (= ω_TMp), geringer als eine vorbestimmte Schwelle ist, das Problem durch eine Anordnung eines Abschneidens von ω auf 0 lösbar angesehen.
Wenn einer Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω wie mit dieser Ausführungsform berechnet wird, kann der Versatz der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω, der für einen relativ kleinen Motorstrom auftritt, beseitigt werden, wodurch es ermöglicht wird, dass das Problem, dass der Viskosreibungskompensations-Zielstrom Id aufgrund des Versatzes der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω groß wird und die Reibungswahrnehmung zunimmt, insbesondere bei geringfügigen Lenkeingängen gelöst wird.
Ausführungsform 5
Auch wenn der Versatz der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω, wie in den Ausführungsformen 1 bis 4 korrigiert wird, sind Fälle vorhanden, wo keine perfekte Korrektur erreicht wird und der Versatz verbleibt. In derartigen Fällen kann die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω, die, wie in den Ausführungsformen 1 bis 4 berechnet ist (= ω_TMp), als die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω nach einer Hochpassfilterung davon bei einer bestimmten Grenzfrequenz genommen werden. Auf diese Weise kann der Versatz der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω vollständig beseitigt werden.
Zu dieser Zeit wird jedoch, wenn sich ein Motor bei einer konstanten Rate dreht, oder wenn die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω = 0, und deswegen besteht die Befürchtung, dass die Coulomb-Reibung unzureichend kompensiert wird, auch wenn die Grenzfrequenz niedrig eingestellt ist. Somit kann, insbesondere, wenn die Coulomb-Reibung berücksichtigt werden muss, die Anordnung so sein, ω_TMp vor einer Hochpassfilterung der Coulomb-Reibungskompensationsstrom-Berechnungseinrichtung 13 vorzugeben und die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω nach einer Hochpassfilterung der Viskosreibungs-Kompensationsstrom-Berechnungseinrichtung 14 vorzugeben, wie in 23 gezeigt.
Ausführungsform 6
Nach der Korrektur der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω in Übereinstimmung mit einem Verfahren, das in jedweder der Ausführungsformen 1 bis 5 beschrieben ist, kann eine Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt berechnet werden. Jedoch kann die Anordnung, da der Versatz der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω durch eine Differentiation beseitigt wird, so sein, die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω nach einer Korrektur in der Motorwinkelgeschwindigkeits-Berechnungseinrichtung 17 der Coulomb-Reibungskompensationsstrom-Berechnungseinrichtung 13 und der Viskosreibungs-Kompensationsstrom-Berechnungseinrichtung 14 vorzugeben, und die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω vor einer Korrektur der Motorwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 12 vorzugeben, wie in 24 gezeigt. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt nachteilig durch die Korrektur der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω beeinflusst wird.
Ausführungsform 7
Wenn die Motorwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 12 angeordnet ist, eine Bandpasscharakteristik zu besitzen, besteht kein Problem für eine relativ niedrige Frequenz einer Motorwinkelgeschwindigkeit ωm, aber bei einer höheren Frequenz verschiebt sich die Phase der Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt und folglich werden die Phasendifferenz zwischen der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω und der Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt gezwungen, sich 0 anzunähern. Mit einem Fall einer Sinuswellenlenkung, die als ein Beispiel genommen ist, veranschaulicht 25 das obige Problem.
Wenn sich die Frequenz für die Phasendifferenz, die sich 0 nähert, ausreichend höher als die Ansprechfrequenz des Lenkungssystems (z. B. einige zehn Hz) ist, verursacht dies keine Schwierigkeiten, wohingegen dies Schwierigkeiten verursacht, wenn die obige Frequenz fc 2 sehr niedrig (z. B. 5 Hz) eingestellt werden muss, aus Gründen eines Unterdrückens des Rauschens in der Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt. Beispielsweise heben sich, wenn die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω und die Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt in der Phasendifferenz übereinstimmen, der Viskosreibungs-Kompensations-Zielstrom Id proportional zu der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω und der Trägheitskompensations-Zielstrom Ij gegeneinander auf, so dass kein Kompensationsstrom fließt.
Zum Lösen dieses Problems ist es, wie in 26 gezeigt, nur notwendig, die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω, die, wie in den Ausführungsformen 1 bis 6 beschrieben, bestimmt wird, entweder der Coulomb-Reibungskompensationsstrom-Berechnungseinrichtung 13 oder der Viskosreibungs-Kompensationsstrom-Berechnungseinrichtung 14 nach einem Verzögern der Phase durch eine weitere Tiefpassfilterung zuzuführen. Es ist zweckmäßig, die Grenzfrequenz des obigen Tiefpassfilters auf eine Frequenz einzustellen, wo die Phasendifferenz zwischen der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω und der Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt ein Problem wird, beispielsweise auf in etwa die gleiche Frequenz wie fc 2 oben. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω und die Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt in der Phasendifferenz übereinstimmen, und die Phasenbeziehung zwischen einzelnen Kompensationsströmen normal aufrechterhalten werden.
Ausführungsform 8
Wenn eine unnötige Frequenzkomponente in der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω aufgrund eines Rauschens, das in dem Erfassungswert des Motorstroms Ia^sns enthalten ist, sind Fälle vorhanden, wo Rauschen auch auf der Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt auftritt und auch nicht durch eine Änderung in der Frequenzcharakteristik einer Motorwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 12 beseitigt werden kann. In derartigen Fällen wird das obige Problem als lösbar unter der Voraussetzung angesehen, dass ω ausgelegt ist, auf 0 abgeschnitten zu werden, wenn die Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt (= (dω/dt)_TMP), die wie in Ausführungsform 1 berechnet ist, unterhalb einer vorbestimmten Schwelle ist, wie in 27 gezeigt.
Wenn die Motorwinkelbeschleunigung wie in dieser Ausführungsform berechnet wird, kann eine Rauschkomponente, die aufgrund der Hochband-Grenzcharakteristik der Motorwinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 12 nicht beseitigt werden kann, beseitigt werden, und derartige Probleme, wie eine Vibration in dem Lenkrad nahe der Neutralposition, können gelöst werden.
Ausführungsform 9
Die Ausführungsform 1 war so ausgelegt, dass der Strom Ic, der auf einen definierten Wert in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs abgeschnitten ist, in der gleichen Richtung wie die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω durchfließt, wenn die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω einen vorbestimmten Wert ω1 überschreitet. Hier scheint es, indem betrachtet wird, dass Rauschen in der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω enthalten ist, dass ein fehlerhafter Betrieb für ein größeres ω1 wahrscheinlich auftritt. Jedoch wird für ein größeres ω1 die Coulomb-Reibung des Lenkungssystems nicht ausreichend kompensiert, und es würden derartige Probleme auftreten, dass das Lenkrad nicht vollständig zu der Neutralposition, insbesondere bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit, zurückkehren kann. In derartigen Fällen ist es zweckmäßig, eine Hysterese an der Schwelle ω1 anzubringen, wie in 28 gezeigt.
Wenn der Coulomb-Reibungskompensations-Zielstrom Ic wie in dieser Ausführungsform berechnet wird, kann verhindert werden, dass die Rauschkomponente der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω Ic beeinträchtigt, ohne die Lenkradrückführung bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit zu verschlechtern.
Ausführungsform 10
In der Ausführungsform 1 ist der Strom Ic, der auf einen definierten Wert in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs abgeschnitten ist, ausgelegt, in der gleichen Richtung wie die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω durchzufließen, wenn die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω einen vorbestimmten Wert ω1 überschreitet, aber die Verstärkung Ic/ω kann in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs und der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω geändert werden.
Beispielsweise kann, wenn Ic nahe ω = 0 eingestellt ist, bei einer vorbestimmten Verstärkung relativ zu der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω sanft anzusteigen, eine abrupte Änderung in dem Motorzielstrom nahe der neutralen Lenkradposition verhindert werden, und derartige Probleme, wie eine Vibration eines Lenkrads, können auch verhindert werden. Zusätzlich kann beispielsweise, wie in 30 gezeigt, wenn Ic nahe ω = 0 eingestellt ist, zuzunehmen, der Effekt einer statischen Reibung in dem Lenkungssystem in gewissem Ausmaß abgemildert werden.
Ausführungsform 11
In der Ausführungsform 1 ist die Coulomb-Reibung im Lenkungssystem ausgelegt, in Abhängigkeit von der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω kompensiert zu werden. Mit anderen Worten fließt, außer wenn sich der Motor zu drehen beginnt, kein Strom zum Kompensieren der Reibung, und die statische Reibung wird nicht kompensiert. Dementsprechend haben Fahrer eine Unnatürlichkeit bei der Lenkradrückführung, insbesondere bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit, wahrgenommen. In der vorliegenden Erfindung kann die statische Reibung nicht vollständig kompensiert werden, weil keine Einrichtung zum Erfassen des Lenkwinkels bereitgestellt ist, aber wenn ein Statikreibungs-Kompensationsstrom ausgelegt ist, in Abhängigkeit von dem Differentialwert der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω berechnet zu werden, kann der Effekt der statischen Reibung abgemildert werden.
31 ist eine Blockdiagrammdarstellung einer Statikreibungs-Kompensation in dieser Ausführungsform. 32 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb einer Software veranschaulicht. Zunächst wird die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω und die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs in S321 gelesen. Dann wird die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω in einer Differential-Berechnungseinrichtung 19 differenziert und die ansteigende Flanke in S322 extrahiert. Hier ist ω_edg die differenzierte Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω. Schließlich wird der Statikreibungs-Kompensationszielstrom If aus ω_edg und Vs in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Tabelle der Statikreibungs-Kompensationsstrom-Berechnungseinrichtung 20 in S323 bestimmt, und der Statikreibungs-Kompensationszielstrom If wird in dem RAM 8c in S324 gespeichert.
Eine Tabelle zum Bestimmen des Statikreibungs-Kompensationszielstroms If ist beispielsweise wie in 33 ausgelegt, so dass ein Strom, der auf einen definierten Wert in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs abgeschnitten ist, in der gleichen Richtung wie mit ω_edge durchfließt, wenn ω_edg einen vorbestimmten Wert ω_edge1 überschreitet. Hier ist der Abschneidewert des Stroms If1 auf eine derartige Weise eingestellt, dass das Drehmoment zum Kompensieren einer statischen Reibung des Lenkungssystems, die durch die Verbindung mit dem Motor zunimmt, erzeugt werden kann.
Auf diese Weise fließt, wenn der Motor 1 durch das Lenken eines Fahrers oder ein Selbstausrichtungsmoment eines Reifens gedreht wird, ein Strom für eine kurze Periode in der Drehrichtung des Motors 1, und somit wird ein Betrieb, wie wenn die statische Reibung des Lenkungssystems verringert worden wäre, möglich, so dass eine weitere Verbesserung in der Lenkrad-Rückführbarkeit und einer Wahrnehmung einer Reibung gegenüber jener der Ausführungsform 1 vorhanden ist.
Ferner kann, obwohl der Statikreibungs-Kompensationszielstrom If unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs konstant sein kann, aber wenn die Tabelle ausgelegt ist, dass ein Wert des Stroms mit einer Erhöhung in der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs abnimmt, wie in 33 gezeigt, die Verschlechterung einer Konvergenz in der Lenkradrückführung bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit verhindert werden, die Lenkrad-Rückführbarkeit bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit kann verbessert werden, und die Lenkungswahrnehmung kann weiter gesteigert werden.
Auf ähnliche Weise kann die vorgenannte Schwelle ω_edg1 auch unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs konstant sein, kann aber in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit geändert werden. Beispielsweise kann, wenn ω_edg1 eingestellt ist, mit einer Erhöhung in der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs zuzunehmen, wie in 33 gezeigt, die Vibration des Lenkrads bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit verhindert werden.
Wie in 31 gezeigt, wird der Motorzielstrom Ia* durch ein Addieren des Statikreibungs-Kompensationszielstroms If, der auf diese Weise bestimmt ist, zu dem Coulomb-Reibungskompensations-Zielstrom Ic, der aus der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs in der Coulomb-Reibungskompensationsstrom-Berechnungseinrichtung 13 bestimmt wird, berechnet. Dann wird der Motor 1 nach einer nachfolgenden Prozedur ähnlich jener der Ausführungsform 11 gesteuert.
Weiterhin ist es, obwohl in dieser Ausführungsform der Statikreibungs-Kompensationszielstrom If auf der Grundlage von ω_edg berechnet wird, überflüssig zu erwähnen, dass ein ähnlicher Vorteil erhalten werden kann, wie beispielsweise in 34 gezeigt, wenn die Flanke, die durch ein Verarbeiten des Coulomb-Reibungskompensations-Zielstroms Ic in der Differential-Berechnungseinrichtung 19 erhalten wird, ausgelegt ist, verstärkt zu werden.
Auf diese Weise ist diese Ausführungsform so ausgelegt, dass ein Strom durch den Motor 1 in Ansprechen auf die steigende Flanke der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω fließt und dass deswegen ein Kompensieren der statischen Reibung des Lenkungssystems, die durch ein Verbinden des Motors 1 mit dem Lenkungssystem zugenommen hat, möglich, so dass eine bessere Lenkungswahrnehmung als jene der Ausführungsform 1 erhalten werden kann.
Ausführungsform 12
In der Ausführungsform 1 ist der Viskosreibungs-Kompensationszielstrom Id proportional zu der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω ausgelegt, in einer Richtung entgegengesetzt zu jener der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω zu fließen, aber die Verstärkung Id/ω kann in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs und der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω geändert werden.
Beispielsweise kann, wie in 35 gezeigt, wenn der Viskosreibungs-Kompensationszielstrom Id nahe ω = 0 eingestellt ist, um bei einer vorbestimmten Verstärkung relativ zu der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω sanft anzusteigen, der Viskosreibungs-Kompensationszielstrom Id nahe der Lenkrad-Neutralstellung verringert werden, und der Viskosreibungs-Kompensationszielstrom Id kann im Falle eines Notfall-Lenken im Vergleich zu der Ausführungsform 1 erhöht werden. Folglich kann die Verschlechterung der Reibungswahrnehmung verhindert werden, eine sichere reaktive Wahrnehmung und eine Reibungswahrnehmung werden während eines Notfall-Lenkens bereitgestellt, und weiter wird eine Verbesserung in der Konvergenz der Handhabungs-Rückführung bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit möglich.
Wenn die Tabelle so ausgelegt ist, dass die obige Verstärkung zunimmt und die unempfindliche Zone Dd über die Motorwinkelbeschleunigung dω/dt in der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω mit einer Erhöhung in der Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt, kann die Verschlechterung einer Lenkradrückführung und einer Reibungswahrnehmung bei einer mittleren und einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit verhindert werden, und außerdem wird eine Verbesserung bei einer Reibungswahrnehmung und Konvergenz bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit möglich, so dass eine Lenkungswahrnehmung weiter gesteigert wird.
Ausführungsform 13
In der Ausführungsform 1 ist der Trägheitskompensations-Zielstrom Ij proportional zu der Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt ausgelegt, in der Richtung der Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt zu fließen, aber die Verstärkung Ij/(dω/dt) kann in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs und der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω geändert werden.
Beispielsweise kann, wenn der Trägheitskompensations-Zielstrom Ij nahe dω/dt = 0 eingestellt ist, um bei einer vorbestimmten Verstärkung relativ zu der Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt sanft anzusteigen, der Trägheitskompensations-Zielstrom Ij nahe der Lenkrad-Neutralstellung verringert werden, und der Trägheitskompensations-Zielstrom Ij während eines Notfall-Lenkens kann im Vergleich zu der Ausführungsform 1 erhöht werden. Folglich kann die Vibration des Lenkrads nahe der Lenkrad-Neutralstellung verhindert werden, und die Trägheits-Wahrnehmung während eines Notfall-Lenkens kann verbessert werden.
Wenn die Tabelle so ausgelegt ist, dass die obige Verstärkung zunimmt und die unempfindliche Zone Dj gegenüber der Motorwinkelbeschleunigung dω/dt in dem Trägheitskompensations-Zielstrom Ij mit einer Erhöhung in der Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt, kann die Vibration eines Lenkrads nahe der Lenkrad-Neutralstellung bei einer mittleren und einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit verhindert werden, und eine Trägheitswahrnehmung kann bei einer mittleren und einer höheren Fahrzeuggeschwindigkeit verbessert werden, so dass eine Lenkungswahrnehmung weiter gesteigert wird.
In einem Fall, wo sich die Konvergenz einer Lenkradrückführung einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit verschlechtert oder die Lenkradrückführung nahe der Lenkrad-Neutralstellung mit einer Erhöhung in der vorgenannten Verstärkung vibriert, kann die Tabelle im Gegensatz dazu so ausgelegt sein, dass die Verstärkung abnimmt und die unempfindliche Zone mit einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt.
Ausführungsform 14
Die Ausführungsform 1 ist ausgelegt, die Motoranlegungsspannung unter Verwendung eines Differentialverstärkers zu erfassen und sie über den A/D-Konverter 8f in die CPU 8a einzugeben, aber eine Auslegung, jede Anschlussspannung in den A/D-Konverter 8f einzugeben und die Motoranlegungsspannung in der CPU 8a zu berechnen, ist auch zugelassen.
37 ist ein Hardware-Blockdiagramm eines Controllers in dieser Ausführungsform. Gleiche Symbole sind Teilen ähnlich oder äquivalent jenen der Ausführungsform 1 zugeordnet. Die Motorstrom-Erfassungsschaltung 4 ist ausgelegt, den Strom, der durch den Motor 1 fließt, in eine vorbestimmte Spannung zu konvertieren, um sie in dem A/D-Konverter 8f, der später beschrieben ist, einzugeben. Weiter ist die Motorstrom-Erfassungsschaltung 4 ausgelegt, die Spannung zwischen beiden Enden des Spannungserfassungswiderstands 4a, der in Reihe zu dem Motor 1 verbunden ist, unter Verwendung der Verstärkungsschaltung 4c spannungsmäßig zu verstärken.
Die Motoranschlussspannungs-Erfassungsschaltung 21, die eine vorbestimmte Tiefpasscharakteristik aufweist, wobei die Grenzfrequenz niedriger als die PWM-Trägerfrequenz ist, die den Motor 1 treibt, dient dazu, die Anschlussspannung Va des Motors 1 in einen vorbestimmten Spannungspegel zu konvertieren und sie in den A/D-Konverter 8f einzugeben. Widerstände 21a bis 21f und Kondensatoren 21d bis 21h bestimmen die Filterkonstante. Im übrigen sind Teile außer jenen oben erwähnten die gleichen wie in der Ausführungsform 1, und die Beschreibung davon wird weggelassen werden.
Die 38 und 39 zeigen die DC-Charakteristik bzw. die Frequenzcharakteristik der Motoranschlussspannungs-Erfassungsschaltung 21.
40 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb einer Software zum Berechnen der Motoranlegungsspannung aus der Motoranschlussspannung veranschaulicht.
Hier wird die Motoranschlussspannungs-Erfassungsschaltung 21 im Detail beschrieben. In 37 ist die Einstellung der Schaltungskonstanten wie folgt: R13 = R23 = R3 (11) R14 = R24 = R4 (12) R15 = R24 = R5 (13) C12 = C22 = C2 (14)die Beziehungen zwischen V11 und V12 wie auch zwischen V21 und V22 der erfassten Motoranschlussspannungswerte in dem s-Bereich (s: Laplace-Operator) werden wie in den folgenden Gleichungen (15) und (16) ausgedrückt: V12 = Vcc·R4·R5/R6 + V11·R3·R4/R6/(1 + C2·R3·R4·R5·s/R6) (15)und V22 = Vcc·R4·RS/R6 + V21·R3·R4/R6/(1 + C2·R3·R4·R5·s/R6) (16)wobei R6 = R3·R4 + R4·R5 + R5·R3 (17)
Die Gleichungen 15 und 16 legen dar, dass V12 und V22 Spannungen sind, die durch ein Teilen von V11 bzw. V21 durch R3·R4/R6 erhalten werden, indem die Verzögerungscharakteristik erster Ordnung einer Zeitkonstante C2·R3·R4·R5/R6 daran angebracht wird und dieselbe zu der DC-Vorspannung Vcc·R4·R5/R6 hinzugefügt wird. Das heißt, dass die DC-Charakteristik und die Frequenzcharakteristik, wie in den 38 bzw. 39 gezeigt, erhalten werden.
In den Gleichungen (15) und (16) sind, indem Vcc eine konstante Spannung (z. B. SV) sei, die Widerstände R3, R4 und R5 durch eine derartige Weise eingestellt, dass der Spannungsbereich (z. B.
12 bis 12 V) von V11 und V21 in den Eingangsspannungsbereich (z. B. 0 bis 5 V) des A/D-Konverters 8f pegelmäßig geändert ist.
Da V11 und V21 auch in Rechteckwellen, wie die Motoranlegungsspannung Va, übergehen, ist der Kondensator C2 auf eine derartige Weise eingestellt, dass die Grenzfrequenz fc = 1/(2π·C2·R3·R4·R5/R6) ausreichend niedriger als die PWM-Trägerfrequenz (z. B. 20 kHz) und ausreichend höher als die Motoransprechfrequenz (z. B. einige hundert Hz) ist. Auf diese Weise ist eine Brandbreite, die die Steuerung des Lenkungssystems zulässt, sichergestellt, und die erfassten Motoranschluss-Spannungswerte V12 und V22, von welchen die jeweiligen Rechteckwellenkomponenten von V11 und V21 entfernt worden sind, können in den A/D-Konverter 8f eingegeben werden.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Berechnen der Motoranlegungsspannung Va aus V11 und V12 beschrieben werden. Indem das Entwert-Theorem auf die Gleichung (15) und (16) angewandt wird, werden V12 und V22 in einem DC-Schema in den folgenden Gleichungen (18) bzw. (19) ausgedrückt: V12 = Vcc·R4·R5/R6 + V11·R3·R4/R6 (18)und V22 = Vcc·R4·R5/R6 + V21·R3·R4/R6 (19)
Es ist zu ersehen, dass in 37
die Motoranlegungsspannung Va aus der folgenden Gleichung (21) durch ein Substituieren der Gleichungen (18) und (19) in Gleichung (20) bestimmt wird:
Das heißt, es ist nur notwendig, die Motoranlegungsspannung Va aus den erfassten Motoranschlussspannungswerten V12 und V22 in der CPU 8a auf der Grundlage der Gleichung (21) zu berechnen.
Überdies wird der Betrieb einer Software, um die Motoranlegungsspannung Va aus den erfassten Motoranschlussspannungswerten V12 und V22 zu bestimmen, entsprechend dem Flussdiagramm der 40 beschrieben werden. Zunächst werden die A/D-konvergierten Daten der erfassten Motoranschlussspannungswerte V12 und V22 in S401 gelesen. Dann wird eine Motoranlegungsspannung Va in Übereinstimmung mit der Gleichung (21) in S402 berechnet. Schließlich wird der berechnete Wert der Motoranlegungsspannung Va in dem RAM 8c in S403 gespeichert.
Danach ist es zweckmäßig, die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω und die Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt unter Verwendung der Motoranlegungsspannung Va, die auf diese Weise berechnet ist, zu berechnen und den Motor 1 wie in der Ausführungsform 1 zu steuern. Wie oben beschrieben, muss gemäß dieser Ausführungsform eine Hochgeschwindigkeits-CPU nicht verwendet werden, und der OP-Verstärker kann im Gegensatz zu der Ausführungsform 1 weggelassen werden, weil die Auslegung, wenn die Motoranschlussspannung, von welcher die Rechteckwellenkomponente entfernt worden ist, die dem PWM-Antrieb des Motors zuzuordnen ist, unter Verwendung von Hardware erfasst wird, und die Motoranlegungsspannung unter Verwendung von Software berechnet wird.
Überdies kann in der Motoranlegungsspannungs-Erfassungsschaltung 5 der Ausführungsform 1, da der gemeinsame Modus der Motoranschlussspannung unter Verwendung des OP-Verstärkers 5j entfernt ist, obwohl ein Fehlerzustand, wenn sich jede Anschlussspannung des Motors bei der gleichen Phase ändert, z. B. wenn eine Motorleitung geerdet ist, wenn die Leistungs-MOSFETs 7a bis 7d AUS sind, nicht erfasst werden kann, unter Verwendung der Motoranschlussspannungs-Erfassungsschaltung 21 jede Anschlussspannung des Motors in der CPU 8a überwacht werden, so dass ein Erfassen des oben erwähnten Fehlers möglich wird und die Fähigkeit, einen Fehler zu erfassen, verbessert wird.
Bei einem Verwenden der Motoranlegungsspannungs-Erfassungsschaltung 5 zum Erfassen eines Fehlers des Motors ist es vorzuziehen, einen Stromerfassungswiderstand 4a auf der Seite der Energiequelle anzubringen, um die Fähigkeit, einen Fehler wie in der Ausführungsform 1 zu erfassen, zu verbessern. Jedoch wird es die Verwendung der Motoranschlussspannungs-Erfassungsschaltung 21 dieser Ausführungsform ermöglichen, dass der Stromerfassungswiderstand 4a in Reihe zu dem Motor verbunden wird, und das Abtasthalteschaltung 4b gemessen wird, so dass eine Kosteneinsparung möglich wird.

Claims

Elektrische Servolenkungsvorrichtung, umfassend: a) einen Motor (1), der mit einem Lenkungssystem verbunden ist; b) eine Motorsteuereinrichtung (10, 8), die einen Mikrocomputer (8), der eine Verarbeitungseinheit (8a) einschließt, und eine PWM-Steuereinrichtung (8d, 8g; 6a–6d; 7a–7d) aufweist, die ausgelegt ist, die Anlegung einer Batteriespannung (VB) an den Motor (1) auf der Grundlage des PWM-modulierten Steuersignals anzulegen; c1) eine Motoranschlussspannungs-Erfassungseinrichtung (5), die ausgelegt ist, die Anschlussspannung (1: Va; 37: V11, V12) an den Motoranschlüssen zu erfassen und zum Ausgeben einer erfassten Anschlussspannung (Va^sns; V₁₂, V₂₂); c2) eine Motorstrom-Erfassungseinrichtung (4), die ausgelegt ist, den Motorstrom (Ia) zu erfassen, der durch den Motor (1) fließt, und zum Ausgeben eines erfassten Motorstroms (Ia^sns); d) wobei die Motorsteuereinrichtung (10, 8) weiter eine Winkelgeschwindigkeits-Abschätzungseinrichtung (11) einschließt, die ausgelegt ist, die Winkelgeschwindigkeit (ω) des Motors (1) auf der Grundlage der erfassten Anschlussspannung (Va^sns; V₁₂, V₂₂) und des erfassten Motorstroms (Va^sns) abzuschätzen; e) eine Rechteckwellen-Entfernungseinrichtung zum Entfernen einer Rechteckwellenkomponente, die durch die PWM-Steuerung verursacht ist; und f) eine Stromzielwert-Berechnungseinrichtung (10) zum Berechnen, auf der Grundlage des abgeschätzten Ergebnisses der Winkelgeschwindigkeit (ω), eines Stromzielwerts (Ia*), auf welchen der Motor (1) von einer Motorstrom-Steuereinrichtung (10) der Motorsteuereinrichtung (8, 10) zu steuern ist; wobei g1) die Motoranschlussspannungs-Erfassungseinrichtung (5) die Rechteckwellen-Entfernungseinrichtung einschließt; und g2) die Rechteckwellen-Entfernungseinrichtung eine analoge Tiefpassfiltereinrichtung (1: 54a–5j; 37: 21, 21a–21h) umfasst, die ausgelegt ist, – um die Anschlussspannung (1: Va; 37: V11, V12) zu filtern, um eine PWM-Trägerfrequenzkomponente, die in dem PWM-modulierten Steuersignal enthalten ist, von der Anschlussspannung (1: Va; 37: V11, V12) mit der Hilfe einer Tiefpasscharakteristik (4: C1, R2; 39: C2, R3, R4, R5, R6) mit einer Grenzfrequenz hinreichend niedriger als die PWM-Trägerfrequenz zu filtern, und – die eine Pegeländerungseinrichtung (1: R11, R12, R1, R21, R22, R2; 37: R3, R4, R5, R13, R23, R14, R24, R15, R25) umfasst, die ausgelegt ist, einen Pegel des Spannungsbereichs der Anschlussspannung ( 1: Va; 37: V11, V21) auf den Eingangsspannungsbereich eines A/D-Konverters (8f) der Motorsteuereinrichtung (10, 8) zu ändern; und – um die Ausgangsspannung, von welcher die PWM-Trägerfrequenzkomponente entfernt ist und die durch die Pegeländerungseinrichtung in ihrem Pegel verändert worden ist, zu dem A/D-Konverter (8f) als die erfasste Anschlussspannung (Va^sns, V₁₂, V₂₂) auszugeben.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die analoge Tiefpassfiltereinrichtung (1: 5a–5j) eine aktive analoge Tiefpassfiltereinrichtung ist, die einen Operationsverstärker (5j), der einen Ausgangsanschluss mit Masse über einen ersten Widerstand (5j) verbunden aufweist, und einen negativen Eingangsanschluss über einen zweiten Widerstand (5) mit einem ersten Anschluss des Motors (1) und einen positiven Eingangsanschluss über einen dritten widerstand (5c) mit einem zweiten Anschluss des Motors verbunden aufweist, einschließt; wobei der Ausgangsanschluss und der negative Eingangsanschluss über eine Parallelschaltung eines vierten Widerstands (5d) und eines ersten Kondensators (5h) verbunden sind; wobei ein erstes Ende einer Parallelschaltung eines fünften Widerstands (5d) und eines zweiten Kondensators (5i) mit dem positiven Anschluss des Operationsverstärkers (5j) verbunden sind; wobei das andere Ende der Parallelschaltung, die mit dem positiven Anschluss des Operationsverstärkers (5j) verbunden ist, über einen sechsten Widerstand (5f) mit Masse verbunden ist und über einen siebten Widerstand (5e) mit einer Referenzspannung verbunden ist, wobei eine zusätzliche Spannung (V1) an das andere Ende der Parallelschaltung zum Erreichen der Spannungskonversion angelegt ist.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die analoge Tiefpassfiltereinrichtung eine passive analoge Tiefpassfiltereinrichtung ist, die einen achten Widerstand (21c), der ein Ende verbunden mit einem ersten Anschluss des Motors (1) aufweist und einen neunten Widerstand (21f), der ein Ende verbunden mit einem zweiten Anschluss des Motors (1) aufweist, einschließt, wobei das andere Ende des achten Widerstands (21c) mit einer Referenzspannung (Vcc) über einen zehnten Widerstand (21a) verbunden ist und mit Masse über einen elften Widerstand (21b) verbunden ist, und wobei das andere Ende des neunten Widerstands (21f) mit der Referenzspannung über einen zwölften Widerstand (21d) verbunden ist und mit Masse über einen dreizehnten Widerstand (21e) verbunden ist; wobei ein dritter Kondensator (21g) zwischen dem anderen Ende des achten Widerstands (21c) und Masse verbunden ist und ein vierter Kondensator (21h) zwischen dem anderen Ende des neunten Widerstands (21f) und Masse verbunden ist; wobei der achte, zehnte und elfte Widerstand (21c, 21a, 21b) und der neunte, zwölfte und dreizehnte Widerstand (21f, 21d, 21e) jeweils die Spannungskonversion durchführen.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzfrequenz hinreichend höher als die Ansprechfrequenz des Motors ist.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Motorwinkelgeschwindigkeitsschätzung unterhalb eines vorbestimmten Werts in Übereinstimmung mit einem Strom durch den Motor festgehalten wird.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Motorwinkelgeschwindigkeitsschätzung unterhalb eines vorbestimmten Werts in Übereinstimmung mit einem Lenkmoment festgehalten wird.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Motorwinkelgeschwindigkeitsabschätzung auf 0 festgehalten wird, wenn das berechnete Ergebnis der Winkelgeschwindigkeitsbeschleunigung unterhalb eines vorbestimmten Werts ist.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Motorwinkelgeschwindigkeitsabschätzung einer Hochpassfilterung unterworfen wird, wenn die PWM-Trägerfrequenz oberhalb einer vorbestimmten Frequenz ist.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Motorwinkelbeschleunigung durch ein Differenzieren der Motorwinkelgeschwindigkeitsabschätzung abgeschätzt wird.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Differentiationsverarbeitung eine Bandpasscharakteristik aufweist.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Motorwinkelgeschwindigkeitsabschätzung einer Tiefpassfilterung unterworfen wird, die eine Grenzfrequenz nahezu gleich der Grenzfrequenz des hohen Bereichs der Bandpasscharakteristik zu der Zeit der Differentiationsverarbeitung aufweist.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Motorwinkelgeschwindigkeitsabschätzung auf 0 festgehalten wird, wenn das berechnete Ergebnis davon unterhalb eines vorbestimmten Werts ist.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Motorwinkelgeschwindigkeitsabschätzung positiv zu dem Lenkungssteuersystem zurückgekoppelt wird, und in Übereinstimmung mit der positiven Rückkopplung der durchfließende Motorstrom unterhalb eines vorbestimmten Werts auf der Grundlage der Reibung des Lenkungssystems festgehalten wird.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei bei einem Festhalten der Motorwinkelgeschwindigkeitsabschätzung in Übereinstimmung mit der positiven Rückkopplung der Motorwinkelgeschwindigkeitsabschätzung der Motorstromwert oder die positive Rückkopplungsverstärkung der Motorwinkelgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Motorwinkelgeschwindigkeitsabschätzung und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit geändert wird.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei eine Differentiationseinrichtung zum Erhöhen des durchfließenden Motorstroms in Übereinstimmung mit der positiven Rückkopplung der Motorwinkelgeschwindigkeitsabschätzung zu der Anstiegszeit bereit gestellt ist.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 5, wobei eine Lenkungssteuerung auf der Grundlage der Winkelgeschwindigkeit durch die negative Rückkopplung der Motorwinkelgeschwindigkeitsabschätzung durchgeführt wird.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 16, wobei die negative Rückkopplungsverstärkung der Motorwinkelgeschwindigkeitsabschätzung in Abhängigkeit von zumindest entweder der Motorwinkelgeschwindigkeitsabschätzung oder der Fahrzeuggeschwindigkeit geändert wird.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 5, wobei die Lenkungssteuerung auf der Grundlage der Motorwinkelbeschleunigung durch die positive Rückkopplung der Winkelbeschleunigungsabschätzung durchgeführt wird.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 18, wobei die positive Rückkopplungsverstärkung der Motorwinkelbeschleunigungsabschätzung in Abhängigkeit von der Motorwinkelbeschleunigungsabschätzung und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit geändert wird.