DE4332247C2

DE4332247C2 - Elektronisch gesteuerte Servolenkung und Verfahren zu deren Steuerung

Info

Publication number: DE4332247C2
Application number: DE4332247A
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Miichi; Mitsuhiko Harara; Tadao Tanaka
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1992-09-22
Filing date: 1993-09-22
Publication date: 2003-09-18
Anticipated expiration: 2013-09-23
Also published as: US5519614A; KR0137738B1; KR940007359A; DE4332247A1; JP2890994B2; JPH06107194A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronisch gesteuerte Servolenkung, bei der der Lenkunterstützungsanteil einer Lenkeinrichtung eines Fahrzeugs gesteuert wird, und insbeson dere eine Servolenkung, bei der Lenkunterstützungsanteil in Abhängigkeit von der lateralen Beschleunigung des Fahrzeugs nach einer Fuzzy-Logik gesteuert wird.

Servolenkungen zur Herabsetzung der Kraft, die zur Bedienung eines Lenkrades erforderlich ist (im folgenden kurz als Lenk kraft ezeichnet), sind inzwischen weit verbreitet und vari ieren sehr. Insbesondere werden hydraulische Servolenkungen, die einen hydraulischen Zylindermechanismus zur hydraulischen Herabsetzung der Lenkkraft benutzen, oft eingesetzt. Auch wur den elektrisch betriebene Servolenkungen, bei denen die Lenk kraft durch einen Elektromotor unterstützt wird, entwickelt.

Die genannten Servolenkungen gestatten die Steuerung von Fahr zeugen, die eine hohe Lenkkraft erfordern, wie z. B. große Fahrzeuge oder Fahrzeuge mit breiten Reifen an den gelenkten Rädern. Die Servolenkung reduziert die erforderliche Lenkkraft und eliminiert so die sogenannte Schwergängigkeit des Lenkra des.

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedrig ist, wie beim Einpar ken, ist es generell wünschenswert, daß mit einer geringen Lenkkraft gelenkt werden kann. Wenn das Fahrzeug andererseits mit hoher Geschwindigkeit fährt, wird das Fahrverhalten insta bil, wenn die Lenkung leichtgängig ist, so daß dann eine ziem lich schwergängige Lenkung wünschenswert ist. Daher wurde be reits eine geschwindigkeitsabhängige Servolenkung entwickelt, bei der die Lenkradbedienung in Abhängigkeit von der Fahrzeug geschwindigkeit so gesteuert wird, daß bei einer niedrigen Ge schwindigkeit des Fahrzeugs der Lenkunterstützungsanteil auf einen relativ hohen Wert festgelegt wird, um die Lenkradbedie nung leichter zu machen, wobei jedoch bei einer mittleren oder hohen Fahrzeuggeschwindigkeit der Lenkunterstützungsanteil auf einen vergleichsweise niedrigen Wert festgelegt wird, um die Lenkradbedienung schwerer zu machen.

Bei einer solchen, von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen Servolenkung ist ein Geschwindigkeitssensor am Fahrzeug vorge sehen. Weiter ist ein Ventil zur Anpassung des Hydrauliköl flusses zu einem Hydraulikzylinder in einem hydraulischen Sy stem der hydraulischen Servolenkung vorgesehen. Das Ventil wird in Abhängigkeit von der mittels des Geschwindigkeitssensors gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert, um den Len kunterstützungsanteil anzupassen. Diese geschwindigkeitsab hängige Servolenkung wird als elektronisch gesteuerte Servo lenkung bezeichnet.

Nachfolgend wird der Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer konventionellen elektronisch gesteuerten Servolenkung anhand der Fig. 14 bis 16 beschrieben.

Nach den Fig. 14 bis 16 ist eine Eingangswelle 11 drehbar in einem Gehäuse 25 gelagert und mit einem Lenkrad (nicht dar gestellt) verbunden, um Lenkkräfte aufzunehmen. Am unteren Ende der Eingangswelle 11 ist ein relativ verdrehbares Ritzel 12 mit einer dazwischen angeordneten Hülse oder einem ähnlichen Element (nicht dargestellt) vorgesehen.

Ein Torsionsstab 15 ist im hohlen Innenraum der Eingangswelle 11 angeordnet. Der Torsionsstab 15 ist an einem oberen Ende mittels eines Stiftes oder eines ähnlichen Elementes drehfest mit der Eingangswelle 11 gekoppelt, während er am unteren Ende nicht durch die Eingangswelle 11 eingespannt ist.

Das Ritzel 12 steht in einem verzahnten Eingriff mit dem unte ren Ende des Torsionsstabes 15, so daß eine an der Eingangs welle 11 angreifende Lenkkraft über den Torsionsstab 15 auf das Ritzel 12 übertragen wird. Das Ritzel 12 greift in eine Zahnstange 13 ein, so daß die Lenkkraft über das Ritzel 12 auf die Zahnstange 13 übertragen wird, um dieselbe in ihrer axialen Richtung (in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Fig. 14) zur Steuerung nicht dargestellter Räder eines Fahrzeugs zu bewegen.

Ein hydraulischer Lenkzylinder 14 weist einen an der Karosserie des Fahrzeugs angeordneten Zylinder 14A und einen Kolben 14B auf, der dazwischen auf der Zahnstange 13 für eine Bewegung in axialer Richtung in dem Zylinderabschnitt 14A zusammen mit der Zahnstange 13 angeordnet ist. Das Innere des Zylinders 14A wird durch den Kolben 14B in eine linksseitige und eine rechtsseitige Ölkammer 14C und 14D aufgeteilt.

Ein Drehschieber 16 ist zur Betätigung des Hydraulikzylinders 14 vorgesehen. Antriebsöl wird in oder aus der linken oder rechten Ölkammer 14C oder 14D des Hydraulikzylinders 14 durch Öffnen oder Schließen des Drehschiebers 16 gefördert, um eine Lenkunterstützungskraft in der Zahnstange 13 hervorzurufen.

Der Drehschieber 16 ist zwischen der Eingangswelle 11 und dem Ritzel 12 angeordnet. Er wird in Abhängigkeit von einer Pha sendifferenz (Winkelposition; Differenz im Drehwinkel) zwischen der Eingangswelle 11 und dem Ritzel 12 geöffnet oder ge schlossen. Wenn eine Lenkkraft auf die Eingangswelle 11 wirkt, zeigt die Eingangswelle 11 nur eine kleine Verdrehung, da diese starr ist, aber der Torsionsstab 15 überträgt die Lenkkraft auf das Ritzel 12, wobei dieser sich verwindet, und folglich das Ritzel 12 eine Phasendifferenz zur Lenkungsseite bezüglich der Eingangswelle 11 zeigt. Der Drehschieber 16 wird so geöffnet oder geschlossen, daß die erforderliche Lenkunterstützungskraft in Lenkrichtung in Abhängigkeit von der Phasendifferenz erzeugt wird.

Eine Vielzahl von Reaktionskraftkolben 17 sind an der äußeren Peripherie in einem unteren Abschnitt der Eingangswelle 11 so angeordnet, daß sie die äußere Peripherie der Eingangswelle 11, wie in Fig. 16 dargestellt, umgeben. Die Kolben 17 sind vorgesehen, um beim Lenken eine Reaktionskraft zur Erhöhung der Lenkkraft (dies ist die Lenkreaktion) zu erzeugen. Die Re aktionskraftkolben 17 werden von rückwärtig angeordneten Kam mern 17A mit Hydrauliköl unter der Kontrolle eines Hydraulik druckbegrenzungsventils 18 beaufschlagt, um die Eingangswelle 11 einzuspannen, um eine Reaktionskraft beim Lenken in Abhän gigkeit vom Hydraulikdruck zu erzeugen. Die Kammern 17A sind mit einem Ölreservoir 24 über entsprechende Auslauföffnungen 22 verbunden.

Das Ventil 18 zur Begrenzung des Hydraulikdrucks bzw. zur Re gelung des Hydraulikdrucks ist in der Nähe der Eingangswelle 11 angeordnet und erstreckt sich parallel zu dieser im Gehäuse 25, wie in Fig. 15 dargestellt. Das Ventil 18 weist einen Kolben 15A, der in dem Gehäuse 25 auf- und abwärts gleitend gelagert ist, eine Topfspule (Solenoid) 19, die auf den Kolben 18A mit einer aufwärts gerichteten axialen Kraft wirkt, und eine Feder 20 auf, die den Kolben 18A normalerweise nach unten vorspannt.

Der Kolben 18A weist zwei Öldurchlässe 18B und 18C auf, die mit dem Ölreservoir 24 verbunden sind. Weiter weist der Kolben 18A einen ringförmigen Öldurchlaß 18D, der mit der Ölpumpe 23 verbunden ist, einen anderen ringförmigen Öldurchlaß 18E, der mit den Kammern 17A der Reaktionskraftkolben 17 verbunden ist, und einen Öldurchlaß 18F auf, der die ringförmigen Öldurchlässe 18D und 18E miteinander verbindet. Kurz gesagt, Hydrauliköl wird von der Ölpumpe 23 unter hohem Druck zu den Kammern 17A der Reaktionskraftkolben 17 über den ringförmigen Öldurchlaß 18D, den Öldurchlaß 18F und den ringförmigen Öldurchlaß 18E gefördert.

Beim Lenken, während das Fahrzeug beispielsweise anhält oder mit einer geringen Geschwindigkeit fährt, wird der Topfmagnet 19 mit maximalem Strom versorgt. Folglich ist der Kolben 18A aufwärts in seine höchste Position geschoben, in der der ring förmige Öldurchlaß 18D nicht mit der Ölpumpe 21 verbunden und die Ölversorgung der Kammern 18A mit den Reaktionskraftkolben 17 unterbrochen ist. Folglich spannen die Reaktionskraftkolben 17 die Eingangswelle 11 nicht ein und das Lenken kann mit ge ringer Kraft erfolgen.

Andererseits, wenn das Fahrzeug beispielsweise mit einer mitt leren oder hohen Geschwindigkeit fährt, wird die Versorgung des Topfmagneten 19 mit Strom in Abhängigkeit von einer Steigerung der Fahrzeuggeschwindigkeit verringert. Folglich wird, wenn sich das Lenkrad in seiner neutralen Position befindet, die Axialkraft des Topfmagneten 19 auf den Kolben 18A entsprechend einer Verringerung des Stromes verringert und, da sich die Axialkraft verringert, bewegt sich der Kolben 18A nach unten, so daß der ringförmige Öldurchlaß 18D mit der Ölpumpe 23 verbunden wird, um eine Versorgung der Kammern 17A der Reak tionskraftkolben 17 mit Öl zu gestatten.

In diesen Zustand spannen die Reaktionskraftkolben 17 die Ein gangswelle ein, um das Lenkrad in seiner neutralen Position zu halten. Wenn das Lenkrad ein bißchen aus seiner neutralen Po sition bewegt wird, versucht der Ausstoß der Ölpumpe 23 anzusteigen. In diesem Moment wirkt der Ausgangsdruck der Ölpumpe 23 auf die Kammern 17A der Reaktionskraftkolben 17 im wesent lichen ohne durch das Hydraulikdruckregelventil 18 kontrolliert zu werden. Entsprechend wird die Lenkkraft in der Nähe der neutralen Position des Lenkrades erhöht und eine hinreichende Reaktion des Lenkrades in seiner neutralen Position wird erhalten, die in einem Gefühl der Stabilität des Lenkrades in einer neutralen Position resultiert.

Wenn das Fahrzeug mit einer mittleren oder hohen Geschwindig keit fährt, steigert sich der Ausstoß der Ölpumpe 23 beim Len ken innerhalb eines normalen Lenkbereiches, um den Lenkunter stützungsanteil in Abhängigkeit von einer Betätigung des Lenk rades, dies bedeutet in Abhängigkeit von einer Steigerung der Lenkkraft, zu steigern. Zwischenzeitlich wirkt der Ausgangs druck der Ölpumpe 23 auf die Kammern 17A der Reaktionskraft kolben 17 unter der Kontrolle des Hydraulikdruckbegrenzungs ventils 18. Demzufolge spannen die Reaktionskraftkolben 17 die Eingangswelle 11 ein, um die Lenkreaktion (Lenkkraft) zu er höhen.

Dies führt dazu, daß sich, wenn das Fahrzeug beim Lenken mit mittlerer oder hoher Geschwindigkeit fährt, die Lenkkraft um einen Betrag erhöht, der der Betätigung der Reaktionskraftkol ben 17 entspricht, im Gegensatz zu der Lenkkraft beim Lenken, wenn das Fahrzeug hält oder mit niedriger Geschwindigkeit fährt. Kurz gesagt, die Lenkreaktion wird erhöht und ein sta biles Lenkgefühl erreicht. Im einzelnen, wenn die Versorgung des Topfmagneten 19 mit Strom in Abhängigkeit von einer Stei gerung der Fahrzeuggeschwindigkeit verringert wird, da sich die Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht, wird der Lenkunterstüt zungsanteil verringert und die Lenkkraft (Lenkreaktion) steigt und folglich entsteht das Gefühl einer größeren Lenkstabilität.

Die Lenkunterstützungscharakteristik kann auf diese Weise durch eine Anpassung der Stromzufuhr zu dem Topfmagneten 19 geregelt werden. Wie in Fig. 16 dargestellt, wird die Stromzufuhr zu dem Topfmagneten 19 durch eine Kontrolleinheit (Steuereinheit) 30 in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit, gemessen von einem Geschwindigkeitssensor 31, und zusätzlich in Abhängigkeit von beispielsweise einer Modusinformation von einem EPS- (elektronisch gesteuerte Servolenkung) Modusumschalter 32 und von der Motorendrehzahl, gemessen von dem Drehzahlsensor 33 oder einem ähnlichen Element, zur Steue rung des Topfmagneten 19 bestimmt.

Mit dem EPS-Modusumschalter 32 kann zwischen einem Normalmodus und einem Sportmodus gewählt werden, bei welchem die Kraft ausgehend von einer niedrigeren Geschwindigkeit als im Normal modus erhöht wird. Wenn einer der Modi gesetzt ist, steuert die Kontrolleinheit 30 die Lenkunterstützungscharakteristik der Servolenkung entsprechend dem gewählten Modus. Wenn bei spielsweise der Sportmodus gewählt wurde, wird die Stromzufuhr zu dem Topfmagneten 19 in Abhängigkeit von der Fahrzeugge schwindigkeit so angepaßt, daß sich eine Unterstützungscha rakteristik ergibt, daß sich der Unterstützungsanteil graduell mit einem Ansteigen der Fahrzeuggeschwindigkeit von einem mittleren Geschwindigkeitsbereich der Geschwindigkeit V₁ ver ringert, wie dies Fig. 17 zu entnehmen ist. Wenn andererseits der Normalmodus gesetzt ist, wird die Stromzufuhr zu dem Topfmagneten 19 in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit so angepaßt, daß sich eine solche Unterstützungscharakteristik ergibt, daß der Unterstützungsanteil mit graduell zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit von einer etwas höheren Geschwindigkeit V₂ (< V₁) abnimmt.

Wenn eine Panne mit einer Erkennungseinheit von den Fahrge schwindigkeitsinformationen, der Motorendrehzahl oder dergleichen festgestellt wird, wird der Topfmagnet 19 abgeschal tet, um eine Fehlsteuerung zu vermeiden.

Eine andere Überlegung ist die, daß die erforderliche Lenkkr aftcharakteristik aktuell mit dem Fahrzustand des Fahrzeugs variiert, d. h. es kommt darauf an, ob das Fahrzeug geradeaus oder entlang einer Kurve fährt oder ob das Fahrzeug beschleu nigt oder abgebremst wird. Jedoch ist es konventionellen elek tronisch gesteuerten Servolenkungen bisher nicht gelungen, im mer ein optimales Lenkgefühl zu erzeugen, da diese die Lenk kraft lediglich in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindig keit, wie oben beschrieben, steuern.

Wenn das Fahrzeug beispielsweise eine Ecke erreicht, sollte die Lenkkraftcharakteristik eine etwas höhere Lenkkraft hervor rufen, so daß der Fahrer den Fahrzustand des Fahrzeugs zu diesem Zeitpunkt von einer angemessenen Variation der Lenkkraft erfassen kann.

Wenn das Fahrzeug eine Ecke erreicht, während es beschleunigt wird, sollte die Lenkkraftcharakteristik zu einer etwas höheren Lenkkraft führen, so daß der Fahrer den Fahrzustand des Fahrzeugs in diesem Moment entsprechend erfassen kann. Jedoch wird mit den konventionellen elektronisch gesteuerten Servo lenkungen in den meisten Fällen keine ausreichend schwergängige Lenkung erreicht, obwohl die Lenkkraftcharakteristik zu einer geringen Erhöhung der Lenkkraft infolge der Beschleunigung führt.

Wenn das Fahrzeug andererseits eine Ecke erreicht und dabei abgebremst wird, sollte die Lenkkraftcharakteristik zu einer ziemlich hohen Lenkkraft führen, so daß der Fahrer den Fahrzu stand des Fahrzeugs dann entsprechend erfassen kann. Jedoch wird bei den konventionellen elektronisch gesteuerten Servolenkungen die Lenkkraftcharakteristik entsprechend der Verzö gerung leichter.

Wenn das Fahrzeug eine Ecke mit konstanter Geschwindigkeit er reicht, sollte: die Lenkkraftcharakteristik zu einer noch etwas höheren ("noch etwas höher" ist hier als höher gegenüber "ziemlich hohen" zu verstehen) Lenkkraft führen, so daß der Fahrer den Fahrzustand des Fahrzeugs dann entsprechend erfassen kann. Bei den konventionellen elektronisch gesteuerten Servolenkungen zeigt die Lenkkraftcharakteristik in diesem Fall jedoch keine Änderung.

Neben den beschriebenen elektronisch gesteuerten Servolenkungen wurden bereits mehrere Servolenkungen vorgeschlagen, wie die in der JP 2-41104 U veröffentlichte, bei welcher der Unterstützungsanteil verändert wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Beschleunigung einen vorbestimmten Wert überschreiten. In der JP 4-230472 A wird eine andere Servolenkung beschrieben, bei der der Lenkunterstützungsanteil verändert wird, wenn vom Wert der Lateralbeschleunigung und dem Straßen reibungskoeffizienten erkannt wird, daß die Drehbewegung des Fahrzeugs einen kritischen Zustand erreicht. Bei einer weiteren Servolenkung, beschrieben in der JP 2- 182576 A, wird der Lenkunterstützungsanteil mittels einer Fuzzy- Logik in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der. Unebenheit der Straße verändert.

Jedoch gelingt es auch diesen Servolenkungen nicht, den Lenk unterstützungsanteil für das Lenkrad so zu steuern, daß eine optimale Lenkcharakteristik in Abhängigkeit vom Fahrzustand des Fahrzeugs erreicht wird, und insbesondere gelingt es nicht immer, wie bei den beschriebenen konventionellen elektronisch gesteuerten Servolenkungen, ein optimales Lenkgefühl zu erzeugen.

In der DE 41 34 390 A1 wird bereits eine Steuereinrichtung für die Lenkanlage eines Fahrzeugs beschrieben, bei welcher das Übersetzungsverhältnis zwischen Lenkrad und Vorderrädern in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung gesteuert wird. Dies bezieht sich jedoch nicht auf eine Servolenkung.

In der DE 37 28 678 A1 wird eine Steuerung eines Fahrzeug-Vierradlenksystems beschrieben, in welchem die Lenkung der Vorderräder im Verhältnis zum Einschlag der Hinterräder so geändert wird, daß der Änderungswinkel als Reaktion auf eine Zunahme der Querbeschleunigung des Fahrzeugs erhöht wird. Dies bezieht sich jedoch nicht auf eine Servolenkung.

In der US 4,858,134 wird eine Servolenkung beschrieben, bei der der Lenkunterstützungsanteil als Funktion der Querbeschleunigung gesteuert wird. Dies ist so zu verstehen, daß der Lenkunterstützungsanteil als Funktion der Querbeschleunigung abnimmt.

In der JP 4-24 36 65 A wird eine Servolenkung beschrieben, deren Charakteristiken mit Hilfe einer Fuzzy-Logik bestimmt werden. Dies schließt jedoch die Querbeschleunigung nicht ein.

In der DE 35 25 543 A1 wird eine elektronisch gesteuerte Servolenkungsvorrichtung beschrieben, die den Lenkunterstützungsanteil eines Lenkmechanismus eines Fahrzeugs bis zu einem Wert gleich einem Sollunterstützungsanteil steuert, mit:
einer Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs;
einer Querbeschleunigungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs; und
eine Sollwertunterstützungsanteilfestsetzungseinrichtung zum Festsetzen des Sollwertunterstützungsanteils gemäß der Fahrgeschwindigkeit, die von der Fahrzeugsgeschwindigkeitserfassungseinrichtung erfaßt ist, und der Querbeschleunigung, die von der Querbeschleunigungserfassungseinrichtung erfaßt ist, als Eingangsvariablen.

Bei dieser bekannten elektronisch gesteuerten Servolenkungsvorrichtung wird der Sollwertunterstützungsanteil um so geringer sein, je höher die Querbeschleunigung ist. Dies führt dazu, daß im Wendegrenzbereich der Sollwertunterstützungsanteil sehr klein ist, so daß die Lenkung schwergängig ist und der Fahrer das Gefühl hat, daß stets Bodenhaftung vorliegt, auch wenn dies nicht mehr der Fall ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektronisch gestützte gesteuerte Servolenkvorrichtung zu schaffen, bei welcher dieser Nachteil vermieden wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Sollwertunterstützungsanteilfestsetzungseinrichtung den Sollwertunterstützungsanteil verringert, wenn die Querbeschleunigung in einem ersten Bereich anwächst, in dem die Querbeschleunigung niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, und den Sollwertunterstützungsanteil vergrößert, wenn die Querbeschleunigung in einem zweiten Bereich anwächst, in dem die Querbeschleunigung höher als in dem ersten Bereich ist.

Dadurch hat der Fahrer das Gefühl, daß im Wendegrenzbereich die Bodenhaftung verloren geht, was auch den Tatsachen entspricht. Hiermit wird ein adäquates Lenkgefühl geschaffen.

Vorzugsweise weist die Sollwertunterstützungsanteilfestsetzungseinrichtung Mittel zur Festsetzung des Sollwertes des Unterstützungsanteils mittels einer Fuzzy- Logik auf, unter Benutzung einer Membership-Funktion, die eine vorher bestimmte Funktion ist, bei der Fahrzeuggeschwindigkeitsparameter in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt ist, und wie viel der gegenwärtigen Fahrzeuggeschwindigkeit jeden der Bereiche entspricht (Anpassung) numerisch im Bereich von 0 bis 1 dargestellt wird, bezüglich jeder der Vielzahl von Bereichen, zur Bewertung der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und einer anderen Membership-Funktion, die eine vorherbestimmte Funktion ist, bei der der Querbeschleunigungsparameter in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt ist, und wie viel von der gegenwärtigen Querbeschleunigung jedem der Bereiche entspricht, numerisch im Bereich von 0- 1 dargestellt ist, bezüglich jeder der Vielzahl von Bereichen, zur Bewertung der Querbeschleunigung des Fahrzeugs aufweist, wodurch der angestrebte Unterstützungsanteil erhöht oder erniedrigt wird in Abhängigkeit von dem Betrag der Fahrgeschwindigkeit und erhöht oder erniedrigt wird in Abhängigkeit vom Betrag der Querbeschleunigung.

Ebenfalls vorzugsweise weist die Sollwertunterstützungsanteilfestsetzungseinrichtung Mittel zur Festsetzung des Sollwertes des Unterstützungsanteils mittels einer Fuzzy-Logik auf, wodurch der angestrebte Unterstützungsanteil in Abhängigkeit von einem Anstieg der Fahrgeschwindigkeit verringert wird und in Abhängigkeit von einem Anstieg der Querbeschleunigung verringert wird, wenn die Querbeschleunigung in einem ersten Bereich anwächst, in dem die Querbeschleunigung niedriger ist als ein vorbestimmter Wert, und in Abhängigkeit von einem Anstieg der Querbeschleunigung vergrößert wird, wenn die Querbeschleunigung in einem zweiten Bereich anwächst, in dem die Querbeschleunigung höher als in dem ersten Bereich ist.

Fernerhin vorzugsweise weist die Sollwertunterstützungsanteilfestsetzungseinrichtung Mittel zur Festsetzung des angestrebten Unterstützungsanteils mittels einer Fuzzy-Logik auf, unter Benutzung einer Membership-Funktion, mit welcher der angestrebte Unterstützungsanteil von einer Anpassung, berechnet für die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, bestimmt wird, und unter Benutzung einer anderen Membership-Funktion, mit welcher der angestrebte Unterstützungsanteil von einer Anpassung, berechnet für die Querbeschleunigung des Fahrzeugs bestimmt wird, wodurch der angestrebte Unterstützungsanteil mit steigender Anpassung der Fahrgeschwindigkeit verringert wird und mit steigender Anpassung der Querbeschleunigung verringert wird, wenn die Querbeschleunigung in einem ersten Bereich anwächst, in dem die Querbeschleunigung niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, und mit steigender Anpassung der Querbeschleunigung vergrößert wird, wenn die Querbeschleunigung in einem weiteren Bereich anwächst, in dem die Querbeschleunigung höher als in dem ersten Bereich ist.

Bevorzugt verringert die zweite Membership-Funktion zum Berechnen der Querbeschleunigung den Sollunterstützungsanteil, wenn die Querbeschleunigung in einem ersten Bereich anwächst, wo die Querbeschleunigung niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, vergrößert den Sollunterstützungsanteil, wenn die Querbeschleunigung in einem zweiten Bereich anwächst, wo die Querbeschleunigung höher ist als der erste vorbestimmte Wert, und setzt den Sollunterstützungsanteil auf einen festen Wert fest, ungeachtet der Größe der Querbeschleunigung, in einem dritten Bereich, wo die Querbeschleunigung zwischen dem ersten vorbestimmten Wert und dem zweiten vorbestimmten Wert ist.

Ebenfalls bevorzugt weisen die Mittel zur Erfassung der Querbeschleunigung einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zur Erfassung der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, einen Lenkwinkelsensor zur Erfassung des Lenkwinkels des Fahrzeugs und Mittel zur Berechnung der Querbeschleunigung durch eine Berechnung basierend auf den Ergebnissen der Erfassung des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors des Lenkwinkelsensors auf.

Fernerhin bevorzugt weisen die Mittel zur Erfassung der Querbeschleunigung einen Sensor zum direkten Erfassen von Querbeschleunigungskräften auf.

Vorzugsweise erniedrigt die Sollwertunterstützungsanteilfestsetzungseinrichtung den Sollunterstützungsanteil, wenn die Querbeschleunigung in einem ersten Bereich anwächst, wo die Querbeschleunigung niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, erhöht den Sollunterstützungsanteil, wenn die Querbeschleunigung in einen zweiten Bereich anwächst, wo die Querbeschleunigung höher als der erste vorbestimmte Wert ist, und setzt den Sollunterstützungsanteil auf einen festen Wert fest, ungeachtet der Größe der Querbeschleunigung, in einem dritten Bereich, wo die Querbeschleunigung zwischen dem ersten vorbestimmten Wert und dem zweiten vorbestimmten Wert ist.

Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren für ein Fahrzeug mit einer Servolenkung zur Erzeugung einer Lenkkraftunterstützung, wobei der Anteil der Lenkkraftunterstützung in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit variiert und verringert wird, wenn die Querbeschleunigung in einem ersten Bereich anwächst, in dem die Querbeschleunigung niedriger als ein vorbestimmter Wert ist und vergrößert wird, wenn die Querbeschleunigung in einem zweiten Bereich anwächst, in dem die Querbeschleunigung höher als in dem ersten Bereich ist.

Vorzugsweise wird der Anteil der Lenkkraftunterstützung erhöht, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt, und erniedrigt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt.

Ebenfalls vorzugsweise wird der Kraftunterstützungsanteil mit steigender Querbeschleunigung des Fahrzeugs verringert, wenn die Querbeschleunigung gleich oder kleiner als ein erster Wert ist, wobei der Kraftunterstützungsanteil konstant gehalten wird, wenn die Querbeschleunigung größer als der erste Wert, aber kleiner als ein größerer zweiter Wert ist, und wobei der Kraftunterstützungsanteil erhöht wird, wenn die Querbeschleunigung des Fahrzeugs über den zweiten Wert ansteigt.

Fernerhin vorzugsweise wird der angestrebte Kraftunterstützungsanteil bei einer bis zu einer vorgewählten Geschwindigkeit variierenden Fahrzeuggeschwindigkeit konstant gehalten, und der Kraftunterstützungsanteil erhöht, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit über die vorgewählte Geschwindigkeit ansteigt.

Bevorzugt ist ein erster Betriebsmodus und ein zweiter Betriebsmodus vorgesehen, wobei die vorgewählte Geschwindigkeit im zweiten Modus größer als im ersten Modus ist.

Ebenfalls bevorzugt sind Schritte vorgesehen zum Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Querbeschleunigung des Fahrzeugs.

Ebenfalls vorzugsweise beinhalten die Schritte zum Erfassen der Querbeschleunigung des Fahrzeugs das Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit und das Erfassen eines Lenkwinkels des Fahrzeugs.

Fernerhin bevorzugt wird der Kraftunterstützungsanteil mit einer Fuzzy-Logik bestimmt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils einer elektronisch gesteuerten Servolenkung des Fuzzy-Kontroll- Typs, welche eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

Fig. 2A und 2B zeigen Diagramme, die beispielhaft die mitgliedschaftlichen Funktionen, die für die Fuzzy-Steuerung der elektronisch gesteuerten Servolenkung nach Fig. 1 verwendet werden, darstellen.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm mit einem Beispiel eines trapezförmigen Sets, mit welchem die Lenkkraftunterstützung von einer Anpassung zur Benutzung für die Fuzzy-Steuerung der elektronisch gesteuerten Servolenkung nach Fig. 1 berechnet wird.

Fig. 4 zeigt eine vergleichbare Darstellung mit jedoch einem anderen Beispiel eines trapezförmigen Sets, mit welchem die Lenkkraftunterstützung von einer Anpassung zur Benutzung für die Fuzzy-Steuerung der elektronisch ge steuerten Servolenkung nach Fig. 1 berechnet wird.

Fig. 5 zeigt das Diagramm eines spezifischen Beispiels einer Berechnung der Lenkkraftunterstützung von einer Anpas sung zur Benutzung für die Fuzzy-Steuerung der elek tronisch gesteuerten Servolenkung nach Fig. 1.

Fig. 6 zeigt eine ähnliche Darstellung mit einem anderen Bei spiel einer Berechnung der Lenkkraftunterstützung von einer Anpassung zur Benutzung für die Fuzzy-Steuerung einer elektronisch gesteuerten Servolenkung nach Fig. 1.

Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm, welches die aufeinanderfolgen den Schritte der Steuerung der elektronisch gesteuerten Servolenkung nach Fig. 1 darstellt.

Fig. 8 zeigt ein Diagramm, das den Effekt der elektronisch gesteuerten Servolenkung nach Fig. 1 hinsichtlich der Linearität der Lenkung darstellt.

Fig. 9 zeigt ein Diagramm, das den Effekt der elektronisch gesteuerten Servolenkung nach Fig. 1 hinsichtlich der Lenkinformation darstellt.

Fig. 10 zeigt eine vergleichbare Darstellung, die den Effekt der elektronisch kontrollierten Servolenkung nach Fig. 1 hinsichtlich der Steuerbarkeit des Fahrzeugs dar stellt.

Fig. 11 zeigt eine ähnliche Darstellung, bei der der Effekt der elektronisch gesteuerten Servolenkung nach Fig. 1 hinsichtlich der Effektivität der Lenkung dargestellt wird.

Fig. 12 zeigt ein Diagramm mit einem anderen Beispiel mit gliedschaftlicher Funktionen der Fahrzeuggeschwindig keit zur Benutzung für die Fuzzy-Steuerung und ein Beispiel eines trapezförmigen Sets zur Berechnung des Lenkunterstützungsanteils.

Fig. 13 zeigt ein Diagramm, in dem ein weiteres Beispiel einer mitgliedschaftlichen Funktion der lateralen Beschleu nigung zur Benutzung für die Fuzzy-Steuerung darge stellt wird.

Fig. 14 zeigt einen Schnitt durch eine konventionelle elektro nisch gesteuerte Servolenkung unter Darstellung einer Eingangswelle, einer Welle eines Ritzels und zugehöri ger Elemente zusammen mit einem hydraulischen Lenkzy linder.

Fig. 15 zeigt einen querverlaufenden Schnitt entlang der Linie A-A gemäß Fig. 14 unter Darstellung der Eingangswelle und zugehöriger Elemente einer gewöhnlichen elektro nisch gesteuerten Servolenkung nach Fig. 14.

Fig. 16 zeigt einen schematischen Schnitt entlang der Linie C-C nach Fig. 15 unter Darstellung eines hydraulischen Steuerventils, welches längs der Eingangswelle der konventionellen elektronisch gesteuerten Servolenkung nach Fig. 14 angeordnet ist, wobei ein Reaktionskraft kolben im Schnitt längs der Linie B-B nach Fig. 14 dargestellt ist.

Fig. 17 zeigt ein Diagramm, das die Charakteristik des Unterstützungsanteils einer konventionellen elektronisch gesteuerten Servolenkung nach Fig. 14 darstellt.

Eine elektronisch gesteuerte Servolenkung des fuzzy-gesteuerten Typs in einer bevorzugten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 11 beschrieben.

Die elektronisch gesteuerte Servolenkung 1 weist einen mecha nischen Teil auf, der im wesentlichen dem einer konventionellen elektronisch gesteuerten Servolenkung, wie bereits oben unter Bezugnahme auf die Fig. 14 bis 16 beschrieben, entspricht, wobei nun der mechanische Teil detailliert beschrieben wird.

Nach den Fig. 1, 15 und 16 ist im Inneren einer Eingangswelle 11 ein Torsionsstab 15 an seinem oberen Ende mit der Welle 11 drehfest gekoppelt, während er an seinem unteren Ende mit der Eingangswelle 11 nicht verspannt ist.

Ein Ritzel 12 steht in Zahneingriff mit dem unteren Ende des Torsionsstabes 15, so daß eine Lenkkraft, die auf die Ein gangswelle 11 wirkt über den Torsionsstab 15 auf das Ritzel 12 übertragen wird. Das Ritzel 12 steht in Zahneingriff mit einer Zahnstange 13, so daß die Lenkkraft über das Ritzel 12 auf die Zahnstange 13 übertragen und diese in ihrer axialen Richtung bewegt wird, um die Lenkung der Räder zu verursachen.

Ein Hydraulikzylinder 14 ist auf der Zahnstange 13 vorgesehen. Es weist einen Zylindermantel 14A, der an einem Teil der Ka rosserie des Fahrzeugs befestigt ist, und einen Kolben 14B auf, der zwischendrin auf der Zahnstange 13 zur Bewegung in einer axialen Richtung im Zylindermantel 14A zusammen mit der Zahnstange 13 angeordnet ist. Der hohle Innenraum des Zylinders 14A wird durch den Kolben 14B in zwei Ölkammern 14C und 14D geteilt.

Ein Drehschieberventil 16 ist zwischen der Eingangswelle 11 und dem Ritzel 12 angeordnet. Der Drehschieber 16 wird in Ab hängigkeit einer Phasendifferenz (Winkelposition) zwischen der Eingangswelle 11 und dem Ritzel 12 geöffnet oder geschlossen, und je nachdem, wie der Drehschieber 16 geöffnet oder ge schlossen wird, wird Betätigungsöl in oder aus der linken oder rechten Ölkammer 14C oder 14D des Hydraulikzylinders 14 geför dert, so daß eine Lenkunterstützungskraft auf die Zahnstange 13 wirkt.

Eine Vielzahl von Reaktionskraftkolben 17 zum Erzeugen einer Lenkreaktionskraft beim Lenken, die die Lenkkraft erhöht (dies ist die Lenkantwort), sind an der äußeren Peripherie eines un teren Abschnitts der Eingangswelle 11 so angeordnet, daß sie die äußere Peripherie der Eingangswelle 11 umgeben. Die Reak tionskraftkolben 17 erhalten von rückwärtigen Kammern 17A Öl unter Druck unter der Kontrolle eines Hydraulikdruckkontroll ventils 18 zugeführt, um die Eingangswelle 11 einzuspannen und so in Abhängigkeit vom Hydraulikdruck eine Lenkreaktionskraft zu zeigen. Die Kammern 17A sind über Auslaßöffnungen 22 mit einem Ölreservoir 24 verbunden.

Das Hydraulikdruckregelventil 18 ist in der Nähe der Ein gangswelle 11 im Gehäuse 25 angeordnet und erstreckt sich par allel zu dieser. Das Ventil 18 weist einen Kolben 18A auf, der für eine auf- und abwärts gleitende Bewegung im Gehäuse 25 an gepaßt ist. Weiterhin weist das Ventil 18 einen Topfmagneten (Solenoid) 19, der mit einer aufwärts gerichteten Axialkraft auf den Kolben 18A wirkt, und eine Feder 20 auf, die den Kolben 18A nach unten vorspannt.

Der Kolben 18A weist Öldurchlässe 18B und 18C, die mit dem Ölreservoir 24 verbunden sind, einen ringförmigen Öldurchlaß 18D, der mit einer Ölpumpe 23 verbunden ist, einen weiteren ringförmigen Öldurchlaß 18E, der mit den Kammern 17A der Reak tionskraftkolben 17 verbunden ist, und einen Öldurchlaß 18F auf, der die ringförmigen Öldurchlässe 18D und 18E miteinander verbindet. Kurz gesagt, es wird Öl unter hohem Druck von der Ölpumpe 23 vom ringförmigen Öldurchlaß 18D über den Öldurchlaß 18F und den ringförmigen Öldurchlaß 18E zu den Kammern 17A der Reaktionskraftkolben 17 gefördert.

Im Hydraulikdruckkontrollventil 18 der oben beschriebenen Kon struktion wird die Höhe des Stromes, mit dem der Topfmagnet 19 versorgt wird, mittels einer Steuereinheit (Kontrollmitteln) 30 in Abhängigkeit von der Information über die Fahrzeugge schwindigkeit von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 31, der Information über den Lenkwinkel von einem Lenkwinkelsensor 34 und einigen anderen Informationen zur Kontrolle des Topfmagne ten 19, wie in Fig. 1 dargestellt, festgelegt.

Die Steuereinheit 30 weist eine Untereinheit 30A zur Berechnung der lateralen Beschleunigung und Mittel (Fuzzy-Berechnungs- Untereinheit) 30B zur Festlegung des angestrebten Unter stützungsanteils mittels Fuzzy-Berechnung auf. Die Steuerein heit 30 berechnet die Untereinheit 30A zur Bestimmung der la teralen Beschleunigung eine laterale Beschleunigung G_y, die auf das Fahrzeug wirkt, von einer Fahrzeuggeschwindigkeit V und einem Lenkwinkel ha, und die Fuzzy-Kontroll-Untereinheit 30B führt eine Fuzzy-Berechnung unter Benutzung der lateralen Beschleunigung G_y und der Fahrzeuggeschwindigkeit V aus.

In der Fuzzy-Berechnungs-Einheit 30B wird eine Anpassung (adaptation) oder eine Güte der Anpassung (goodness of fit) des Fahrzustands und eine Anpassung oder Güte der Anpassung der lateralen Beschleunigung G_y mit einer solchen mitgliedschaftlichen Funktion berechnet, mit der eine Applikation oder eine Güte der Anpassung (Einstufung [grade]) des Fahrzustands von der Fahrzeuggeschwindigkeit V, wie aus Fig. 2A zu ersehen, berechnet wird, und es wird eine andere solche mitgliedschaft liche Funktion verwendet, mit der eine Applikation oder Güte der Anpassung der lateralen Beschleunigung G_y berechnet wird, wie dies in Fig. 2B dargestellt ist. Dann wird von den Anpas sungen ein Steueranteil (dies ist der Anteil, um den der Un terstützungsanteil reduziert wird) unter Benutzung des Verfah rens des elastischen Zentrierens (method of elastic center) be stimmt, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, wobei ein trapez förmiges Set gezeigt wird, um den Anteil des Stromes zu kon trollieren, mit dem der Topfmagnet 19 versorgt wird.

In der vorliegenden Ausführungsform sind als Fahrzustand vier Modi vorgesehen, die einen Parkmodus (Lenken beim Halten oder Fahren mit geringer Geschwindigkeit), einen Stadtmodus (mittlerer Fahrgeschwindigkeitsmodus), einen Kurvenmodus und einen Hochgeschwindigkeitsmodus umfassen und es wird eine An passung bzw. eine Applikation für jeden dieser Modi in Abhän gigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt. Prinzipiell wird nun die Regelung hinsichtlich des Kurvenmodus beschrieben. Die Bewertung des Unterstützungsabnahmekontrollanteils ist in fünf Stufen von S (klein/small), MS (mittelklein/medium small), M (mittel/medium), MB (mittelgroß/medium big) bis B (groß/big) eingeteilt, wie in Fig. 4 dargestellt. Es ist anzumerken, daß der Unterstützungsanteil auf 100% mit der Bewertung S, jedoch auf 0% bei der Bewertung B gesetzt wird.

Die Lenkmodi und die Unterstützungsabnahmekontrollanteile sind so gestaltet, daß sie zueinander korrespondieren, so daß z. B. der Parkmodus (Lenken beim Anhalten oder Niedergeschwindig keitsmodus) S entspricht; der Modus mittlerer Geschwindigkeit M entspricht; der Kurvenmodus MB entspricht; und der Hochgeschwindigkeitsmodus B entspricht.

Die mitgliedschaftliche Funktion hinsichtlich des lateralen Beschleunigungswertes G_y wird so gesetzt, daß in einem Bereich, in dem der laterale Beschleunigungswert G_y von einem niedrigen Level (0 g) bis zu einem mittleren Level (0,6 g) variiert, die Anpassung bzw. Applikation linear in Abhängigkeit zu einem An stieg des lateralen Beschleunigungswertes G_y ansteigt. In einem anderen Bereich, in dem der laterale Beschleunigungswert G_y von einem mittleren Level (0,6 g) zu einem höheren Level (0,8 g) variiert, wird die Anpassung unabhängig von einem Anstieg des lateralen Beschleunigungswertes G_y konstant gehalten. In einem weiteren Bereich, in dem der laterale Beschleunigungswert G_y größer als das höhere Level (0,8 g) ist, nimmt die Anpassung in dem Maße ab wie die laterale Beschleunigung G_y ansteigt.

Die Steuerung hinsichtlich des lateralen Beschleunigungswertes G_y verringert den Unterstützungverringerungskontrollanteil zu B (groß/big) in Übereinstimmung mit der Anpassung.

Von einer Anpassung hinsichtlich des Fahrmodus und einer ande ren Anpassung hinsichtlich des lateralen Beschleunigungswertes G_y wird ein angestrebter Unterstützungsanteil unter Benutzung des Verfahrens des elastischen Zentrierens berechnet.

Da eine elektronisch gesteuerte Servolenkung des Fuzzy-Kon troll-Typs nach der vorliegenden Erfindung in einer Weise auf gebaut ist, wie dies oben beschrieben ist, erfolgt die elek tronische Steuerung der Servolenkung beispielsweise in einer Art und Weise, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist.

Nach Fig. 7 werden in einem Schritt S1 die Sensorsignale von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 31 und dem Lenkwinkelsensor 34 zuerst gelesen, anschließend werden die Sensorsignale in die Steuereinheit 30 eingegeben, in welcher sie nachfolgend von Analogsignalen in Digitalsignale umgewandelt werden, und dann wird eine laterale Beschleunigung G_y, die auf das Fahrzeug wirkt, berechnet mittels der Untereinheit 30A zur Berechnung der lateralen Beschleunigung in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit V und einem Lenkwinkel ha, die bei der Analog/Digital-Wandlung erhalten werden (Schritt S2).

Weiter berechnet die Fuzzy-Berechnungs-Einheit 30B eine Anpas sung hinsichtlich des Fahrzustands des Fahrzeugs in Abhängig keit von der Fahrzeuggeschwindigkeit V unter Benutzung einer solchen mitgliedschaftlichen Funktion, wie in Fig. 2 darge stellt, und berechnet eine andere Anpassung hinsichtlich der lateralen Beschleunigung G_y in Abhängigkeit von der lateralen Beschleunigung G_y (Schritt S3).

Dann wird in Abhängigkeit von den so berechneten Anpassungen ein angestrebter Unterstützungsanteil unter Benutzung der Me thode des elastischen Zentrierens berechnet (Schritt S4). Wei ter wird der Sollwert des Unterstützungsanteils in einen ent sprechenden Anteil des Stromes zur Versorgung des Topfmagneten 19 umgewandelt (Schritt S5), und der Anteil des Versorgungs stromes wird mittels einer Treiberschaltung zu dem Topfmagneten des Hydraulikdruckkontrollventils 18 ausgegeben (Schritt S6).

Es wird nun eine Situation erläutert, bei der das Fahrzeug zu Beginn eine Fahrzeuggeschwindigkeit V von 60 km/h fährt und sich das Fahrzeug geradlinig vorwärts bewegt (die laterale Be schleunigung ist 0), und sich dann der Fahrzustand dahingehend ändert, daß das Fahrzeug eine Fahrzeuggeschwindigkeit von 50 km/h fährt und eine laterale Beschleunigung von etwa 0,4 g er fährt. Diese Situation entspricht einer Situation, wenn das Fahrzeug längs einer gekurvten Straße fährt und eine Ecke er reicht, während es verzögert wird.

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V 60 km/h beträgt, wie in Fig. 5 dargestellt, ist die Anpassung im Fahren längs einer gekurv ten Straße 1, jedoch ändert sich die Anpassung im Fahren längs einer gekurvten Strecke (Kurvenmodus) zu 0,5 und die Anpassung des Fahrens im Stadtgebiet (Stadtmodus) zu 0,5, wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit auf 50 km/h erniedrigt. Weiter ist beim Fahren längs einer gekurvten Straße der Unterstützungs erniedrigungskontrollanteil MB und für Fahren im Stadtgebiet ist der Unterstützungserniedrigungskontrollanteil M. Wenn die laterale Beschleunigung 0 ist, ist auch die Adaption (Anpas sung) 0, jedoch ist die Anpassung 0,67, wenn die laterale Be schleunigung 0,4 ist.

Folglich ist, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V 60 km/h be trägt und die laterale Beschleunigung 0 ist, der Unterstüt zungserniedrigungskontrollanteil MB (dies entspricht einem Un terstützungsanteil von 25%), wie dies durch Punkt P1 in Fig. 6 angedeutet wird. Jedoch, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V 50 km/h beträgt und die laterale Beschleunigung 0,6 ist, verändert sich der Unterstützungsverringerungskontrollanteil von MB zu B, wie durch Punkt P2 in Fig. 6 dargestellt. Kurz gesagt, wenn das Fahrzeug eine Ecke erreicht, während es verzögert wird, wird das Lenkrad relativ schwer bedienbar.

Wenn das Fahrzeug eine Ecke erreicht, während es beschleunigt wird, überlappen sich natürlich eine Reduktion des Unterstüt zungsanteils verursacht durch ein Ansteigen der lateralen Be schleunigung mit einer Reduktion des Unterstützungsanteils verursacht durch eine solche Beschleunigung des Fahrzeugs und folglich wird die Bedienbarkeit des Lenkrades schwer.

Da der Unterstützungsanteil in Abhängigkeit von dem lateralen Beschleunigungswert G_y zusätzlich zu einem Ansteigen oder Abnehmen der Fahrzeuggeschwindigkeit in der Weise gesteuert wird, daß wenn das Fahrzeug eine Ecke erreicht und der Lenkwinkel ansteigt, folglich der Erniedrigungsunterstützungsanteil ansteigt und das Lenkrad schwerer zu bedienen wird um einen Betrag, der dem Abnahmemaß entspricht. Folglich kann der Fahrer vom Lenkrad das Erreichen einer Ecke fühlen, sogar wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unterschiedlich ist.

Weiterhin, da die mitgliedschaftliche Funktion bezüglich des lateralen Beschleunigungswertes Y einen linearen Lenkbereich umfaßt, in welchem die Anpassung linear bezüglich des lateralen Beschleunigungswertes G_y variiert, wird eine Lenklinearität sichergestellt. Da ein kritischer Lenkbereich, in dem die An passung in Abhängigkeit zu einem Anstieg des lateralen Be schleunigungswertes G_y abnimmt, in einem Bereich vorgesehen ist, in dem der laterale Beschleunigungswert G_y hoch ist, kann leicht die Lenkgrenze erkannt werden.

Wenn die elektronisch gesteuerte Servolenkung des Fuzzy-Kon troll-Typs eine solche Konstruktion wie oben beschrieben auf weist und in einem frontgetriebenen Fahrzeug eingesetzt wird, wird nachfolgend die Verbesserung des Lenkgefühls unter ver schiedenen Gesichtspunkten auf der Grundlage von einem Experi ment erläutert.

Hinsichtlich der Linearität der Lenkcharakteristik wurde ein Ergebnis erhalten, wie in Fig. 8 dargestellt. Fig. 8 zeigt eine Liissajous-Kurve für etwa eine Periode, wenn das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von etwa 40 bis 60 km/h (bei einer maximalen lateralen Beschleunigung von etwa 0,4 g bis 0,9 g) längs einer Bergstraße, entlang der Kurven mit einem Radius von etwa 30 bis 60 m nacheinander auftauchen, fährt. Bei Fig. 8 ist auf der Abszisse der Lenkwinkel und auf der Ordinate die Lenkkraft aufgetragen. Die durchgezogene Kurve zeigt die Charakteristik der elektronisch gesteuerten Servolenkung des Fu zzy-Kontroll-Typs der vorliegenden Ausführungsform und die ge strichelte Kurve zeigt die Charakteristik einer konventionellen elektronisch gesteuerten Servolenkung.

Wie der durchgezogenen Kurve von Fig. 8 zu entnehmen ist, zeigt die elektronisch gesteuerte Servolenkung des Fuzzy-Kontroll- Typs der vorliegenden Ausführungsform eine vergleichsweise lineare Lenkcharakteristik über einen weiten Bereich bis in eine Region, in welcher der Lenkwinkel groß ist (etwa ±80 Grad) und folglich bis in eine Region, in welcher die laterale Beschleunigung, die auf das Fahrzeug wirkt, sehr hoch ist, im Gegensatz zu einer konventionellen elektronisch gesteuerten Servolenkung. Eine solche vergleichsweise lineare Lenkcharak teristik wird in dem linearen Lenkbereich der mitgliedschaft lichen Funktion bezüglich des lateralen Beschleunigungswertes G_y erhalten.

Mit der vorliegenden elektronisch gesteuerten Servolenkung des Fuzzy-Kontroll-Typs zeigt der Graph einen steilen Gradienten in einem Bereich, in dem der Lenkwinkel vergleichsweise klein ist, d. h. in einer neutralen Region (0 bis etwa ±40 Grad), und folglich wird das Lenkneutralitätsgefühl des Lenkrades in der neutralen Stellung unterstützt. In einem anderen Bereich, in welchem der Lenkwinkel mittelgroß ist (etwa ±40 bis ±80 Grad), zeigt der Graph einen ziemlich steilen Gradienten, steiler als der einer konventionellen elektronisch gesteuerten Servolen kung. In diesem Bereich wird zusätzlich zu einer Verbesserung der Lenklinearität die Lenkreaktionskraft auf der Rückdrehseite des Lenkrads verbessert, so daß das Zurückdrehen des Lenkrads verbessert wird.

Im Gegensatz dazu wird mit einer konventionellen Servolenkung eine Linearitätscharakteristik erhalten, wie dies durch die gestrichelte Kurve in Fig. 8 dargestellt ist, und das neutrale Gefühl in der Nähe des neutralen Bereichs des Lenkwinkels wird ähnlich unterstützt, wie bei der Servolenkung nach der vorliegenden Erfindung. Jedoch nimmt in dem anderen Bereich, in dem der Lenkwinkel mittelgroß ist, die Variation der Lenkkraft im Verhältnis zum Lenkwinkel plötzlich ab, was sowohl in einer Verringerung der Linearität als auch in einer Abnahme des Zurückdrehens des Lenkrads resultiert.

Weiter zeigt die Lenkkraft bei der erfindungsgemäßen Servolen kung eine plötzliche Variation an ihrem Grenzwert in einem kritischen Bereich, in welchem der Lenkwinkel groß ist (größer als etwa ±80 Grad), wie dies der durchgezogenen Kurve von Fig. 8 zu entnehmen ist, und folglich kann der Fahrer des Fahrzeugs von einem kritischen Zustand des Fahrzeugs durch das Lenkgefühl des Lenkrads informiert werden. Dies stellt einen Effekt eines Lenkgrenzwertinformationsgebiets der mitgliedschaftlichen Funktion hinsichtlich der lateralen Beschleunigung dar.

Es ist anzumerken, daß bei dem vorliegenden Experiment das Lenkrad nicht in den Bereich dar großen Lenkwinkel auf die ne gative Seite gesteuert wurde und folglich dieser Effekt des Lenkgrenzinformationsgebietes nicht auftritt.

Die Charakteristik der Lenkinformation ist so wie in Fig. 9 dargestellt. Bei Fig. 9 sind auf der Abszisse der Vorder radrutschwinkel und auf der Ordinate die Lenkkraft aufgetragen. Die Kurven gekennzeichnet mit den Dreiecken zeigen die Cha rakteristik einer elektronisch gesteuerten Servolenkung des Fuzzy-Kontroll-Typs nach dar vorliegenden Ausführungsform, und die Kurven gekennzeichnet durch die Kreise zeigen die Charakte ristik einer konventionellen elektronisch gesteuerten Servo lenkung. Jede durchgezogene Kurve zeigt eine Charakteristik, bei der das Fahrzeug mit einer hohen Geschwindigkeit (100 km/h) fährt, und jede gestrichelte Kurve zeigt eine Charakteristik, bei der das Fahrzeug mit einer mittleren Geschwindigkeit (60 km/h) fährt.

Wie aus Fig. 9 zu erkennen ist, ist die konventionelle elektro nisch gesteuerte Servolenkung dahingehend vorteilhaft, daß sie leichter zu handhaben ist, da deren Lenkkraft generell niedrig ist, jedoch ist die Variation in einem Bereich, in dem der Vorderradrutschwinkel groß ist, d. h. in einem Bereich, in dem die laterale Beschleunigung, die auf das Fahrzeug wirkt, groß ist, der Lenkradkraft so gering, daß diese nicht als Lenkinformation für den Fahrer ausreicht. Des weiteren wird ein Gefühl des Verlusts der Lenkkraft in einem Bereich, in dem die laterale Beschleunigung hoch ist, erhalten.

Mit der elektronisch gesteuerten Servolenkung des Fuzzy-Kon troll-Typs nach der vorliegenden Erfindung zeigt die Lenkkraft eine ausreichende Lenkinformation, da der Fahrer eine Lenkkraft erfährt, die deutlich in einem Bereich variiert, in dem die laterale Beschleunigung hoch ist. Des weiteren ist in einem Bereich niedriger Geschwindigkeit das Lenkrad vergleichsweise leicht zu bedienen und einfach handzuhaben. Auf diese Weise werden mit der vorliegenden Servolenkung die beiden Mög lichkeiten in der Handhabung bei niedriger Geschwindigkeit und das Erhalten von Lenkinformation (Variation der Lenkkraft) in einem guten Verhältnis realisiert.

Die Charakteristik bezüglich der Steuerbarkeit des Fahrzeugs ist so wie in Fig. 10 dargestellt. Bei Fig. 10 ist auf der Ab szisse die Gierwinkelgeschwindigkeit (Drehwinkelgeschwindigkeit) des Fahrzeugs und auf der Ordinate die Lenkkraft aufgetragen. Die durchgezogene Kurve zeigt die Charakteristik der elektronisch gesteuerten Servolenkung des Fuzzy-Kontroll-Typs nach der vorliegenden Erfindung und die gestrichelte Kurve zeigt die Charakteristik einer konventio nellen elektronisch gesteuerten Servolenkung.

Wie Fig. 10 zu entnehmen ist, verursacht eine Variation der Drehwinkelgeschwindigkeit bei einer konventionellen elektro nisch gesteuerten Servolenkung in einem Bereich, in dem die Drehwinkelgeschwindigkeit hoch ist, keine signifikanten Verän derungen der Lenkkraft, und eine Veränderung in der Anstren gung, die Räder zu drehen, kann nicht leicht erfaßt werden. Mit der elektronisch gesteuerten Servolenkung des Fuzzy-Kontroll- Typs steigt die Lenkkraft jedoch im wesentlichen linear relativ zur Gierwinkelgeschwindigkeit (Drehwinkelgeschwindigkeit) an bis zu einer Region, in der die Drehwinkelgeschwindigkeit hoch ist, und dementsprechend variiert die Anstrengung zum Wenden des Fahrzeugs und kann aktuell als Lenkkraft gefühlt werden. Folglich wird die Spurtreue bzw. Handhabbarkeit des Fahrzeugs erhöht.

Die Charakteristik der Lenkeffektivität ist in Fig. 11 darge stellt. Bei Fig. 11 sind auf der Abszisse die vordere Seiten führungskraft des Fahrzeugs und auf der Ordinate die Lenkkraft aufgetragen. Die durchgezogene Kurve entspricht der Charakte ristik der elektronisch gesteuerten Servolenkung des Fuzzy- Kontroll-Typs nach der vorliegenden Erfindung und die gestri chelte Kurve zeigt die Charakteristik einer konventionellen elektronisch gesteuerten Servolenkung.

Fig. 11 zeigt, daß die elektronisch gesteuerte Servolenkung des Fuzzy-Kontroll-Tpys die Lenkkraft linear in Abhängigkeit der Seitenführungskraft (Effektivität der Lenkung) ansteigen läßt, und die Lenkgenauigkeit verbessert wird. Folglich können zusätzliche oder korrigierende Lenkbewegungen des Lenkrades re duziert werden, Auf diese Weise wird mit der elektronisch gesteuerten Servo lenkung des Fuzzy-Kontroll-Typs eine Feinsteuerung erleichtert und die Lenkkraftcharakteristika werden entscheidend insbeson dere beim Fahren des Fahrzeugs längs einer kurvigen Straße verbessert.

Es ist anzumerken, daß, obwohl das Regelsystem der elektronisch gesteuerten Servolenkung nach der oben beschriebenen Ausfüh rungsform von einem hydraulischen Typ ist, die vorliegende Er findung nicht auf diesen spezifischen Typ beschränkt ist, und die gleichen Wirkungen der vorliegenden Erfindung können auch bei der Anwendung bei einer elektronisch gesteuerten Servolenkung, die einen Elektromotor beinhaltet, erreicht werden. Des weiteren ist auch das mechanische System der elek tronisch gesteuerten Servolenkungen nicht auf die oben be schriebene Ausführungsform beschränkt, und die vorliegende Er findung kann bei jeder elektronisch gesteuerten Servolenkung mit einem beliebigen mechanischen System angewendet werden.

In der beschriebenen Ausführungsform ist die Untereinheit 30A zur Berechnung der lateralen Beschleunigung in der Steuerein heit 30 vorgesehen und berechnet die laterale Beschleunigung G_y, die auf das Fahrzeug wirkt unter Verwendung der Fahrzeug geschwindigkeit V, eingegeben vom Fahrzeuggeschwindigkeitssen sor 31 und unter Benutzung des Lenkwinkels ha, eingegeben vom Lenkwinkelsensor 34, wobei jedoch auch die laterale Beschleu nigung G_y auf andere Weise direkt mittels eines Sensors zur Messung der lateralen Beschleunigung, der am Fahrzeug angeord net ist, gemessen werden kann. Die mitgliedschaftliche Funkti on der Fahrzeuggeschwindigkeit V und Bewertung des Lenkunter stützungsanteils sind jeweils in fünf Stufen unterteilt, um eine vereinfachte Kontrolle zu erreichen. Sie können jedoch jeweils in beispielsweise drei Stufen unterteilt werden, wie dies in Fig. 12(A) und 12(B) dargestellt ist. Die mitgliedschaftliche Funktion der lateralen Beschleunigung weist einen Bereich (0,6 g bis 0,8 g) auf, in dem der angestrebte Unter stützungsanteil unabhängig vom Betrag der lateralen Beschleu nigung konstant gehalten wird, ein solcher Bereich, in dem der Unterstützungsanteil konstant gehalten wird, ist jedoch nicht erforderlich, wie dies Fig. 13 entnommen werden kann.

Der Lenkunterstützungsanteil wird unter Benutzung des Verfah rens des elastischen Zentrierens berechnet, er kann jedoch auch anders unter Benutzung der maximalen Durchschnittsmethode (maximum average method), der Höhenmethode (height method [skeleton method]) oder der Flächenmethode (area method) be rechnet werden.

In der beschriebenen Ausführungsform wird der Unterstützungs anteil nach einer Fuzzy-Logik durch die Steuereinheit (mit Mitteln zur Festlegung des Sollwertes des Unterstützungsan teils) 30 bestimmt, er kann jedoch auch unter Benutzen anderer Steuermittel bestimmt werden.

Claims

1. Elektronisch gesteuerte Servolenkungsvorrichtung, die den Lenkunterstützungsanteil eines Lenkmechanismus eines Fahrzeugs bis zu einem Wert gleich einem Sollunterstützungsanteil steuert, mit:
einer Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs;
einer Querbeschleunigungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs; und
einer Sollwertunterstützungsanteilfestsetzungs einrichtung zum Festsetzen des Sollwertunterstützungs anteils gemäß der Fahrgeschwindigkeit, die von der Fahzeuggeschwindigkeitserfassungseinrichtung erfaßt ist, und der Querbeschleunigung, die von der Querbeschleunigungserfassungseinrichtung erfaßt ist, als Eingangsvariablen;
bei der die Sollwertunterstützungsanteilfest setzungseinrichtung den Sollwertunterstützungsanteil verringert, wenn die Querbeschleunigung in einem ersten Bereich anwächst, in dem die Querbeschleunigung niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, und den Sollwert unterstützungsanteil vergrößert, wenn die Querbe schleunigung in einem zweiten Bereich anwächst, in dem die Querbeschleunigung höher als in dem ersten Bereich ist.

2. Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sollwertunterstützungsanteilfestsetzungseinrichtung Mittel zur Festsetzung des Sollwertes des Unterstützungsanteils mittels einer Fuzzy-Logik unter Benutzung einer Membership-Funktion, die eine vorherbestimmte Funktion ist, bei der Fahrzeuggeschwindigkeitsparameter in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt ist, und wieviel der gegenwärtigen Fahrzeuggeschwindigkeit jeden der Bereiche entspricht (Anpassung) numerisch im Bereich von 0 bis 1 dargestellt wird, bezüglich jeder der Vielzahl von Bereichen, zur Bewertung der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und einer anderen Membership-Funktion, die eine vorherbestimmte Funktion ist, bei der der Querbeschleunigungsparameter in eine Vielzahl von Bereich unterteilt ist, und wieviel von der gegenwärtigen Querbeschleunigung jedem der Bereiche entspricht numerisch im Bereich von 0 bis 1 dargestellt ist, bezüglich jeder der Vielzahl von Bereichen, zur Bewertung der Querbeschleunigung des Fahrzeugs aufweist, wodurch der angestrebte Unterstützungsanteil erhöht oder erniedrigt wird in Abhängigkeit von dem Betrag der Fahrgeschwindigkeit und erhöht oder erniedrigt wird in Abhängigkeit vom Betrag der Querbeschleunigung.

3. Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Sollwertunterstützungsanteilfestsetzungseinrichtung Mittel zur Festsetzung des Sollwertes des Unterstützungsanteils mittels einer Fuzzy-Logik aufweist, wodurch der angestrebte Unterstützungsanteil in Abhängigkeit von einem Anstieg der Fahrgeschwindigkeit verringert wird und in Abhängigkeit von einem Anstieg der Querbeschleunigung verringert wird, wenn die Querbeschleunigung in einem ersten Bereich anwächst, in dem die Querbeschleunigung niedriger ist als ein vorbestimmter Wert, und in Abhängigkeit von einem Anstieg der Querbeschleunigung vergrößert wird, wenn die Querbeschleunigung in einem zweiten Bereich anwächst, in dem die Querbeschleunigung höher als in dem ersten Bereich ist.

4. Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Sollwertunterstützungsanteilfestsetzungseinrichtung Mittel zur Festsetzung des angestrebten Unterstützungs anteils mittels einer Fuzzy-Logik unter Benutzung einer Membership-Funktion, mit welcher der angestrebte Unterstützungsanteil von einer Anpassung, berechnet für die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, bestimmt wird, untd unter Benutzung einer anderen Membership-Funktion, mit welcher der angestrebte Unterstützungsanteil von einer Anpassung, berechnet für die Querbeschleunigung des Fahrzeugs, bestimmt wird, aufweist, wodurch der angestrebte Unterstützungsanteil mit steigender Anpassung der Fahgeschwindigkeit verringert wird und mit steigender Anpassung der Querbeschleunigung verringert wird, wenn die Querbeschleunigung in einem ersten Bereich anwächst, in dem die Querbeschleunigung niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, und mit steigender Anpassung der Querbeschleunigung vergrößert wird, wenn die Querbeschleunigung in einem weiteren Bereich anwächst, in dem die Querbeschleunigung höher als in dem ersten Bereich ist.

5. Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die zweite Membership-Funktion zum Berechnen der Querbeschleunigung den Sollunterstützungsanteil verringert, wenn die Querbeschleunigung in einem ersten Bereich anwächst, wo die Querbeschleunigung niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, den Sollunterstützungsanteil vergrößert, wenn die Querbeschleunigung in einem zweiten Bereich anwächst, wo die Querbeschleunigung höher ist als der erste vorbestimmte Wert, und den Sollunterstützungsanteil auf einen festen Wert festsetzt, ungeachtet der Größe der Querbeschleunigung, in einem dritten Bereich, wo die Querbeschleunigung zwischen dem ersten vorbestimmten Wert und dem zweiten vorbestimmten Wert ist.

6. Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mittel zur Erfassung der Querbeschleunigung einen Fahzeuggeschwindigkeitssensor zur Erfassung der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, einen Lenkwinkelsensor zur Erfassung des Lenkwinkels des Fahrzeugs und Mittel zur Berechnung der Querbeschleunigung durch eine Berechnung basierend auf den Ergebnissen der Erfassung des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors und des Lenkwinkelsensors aufweisen.

7. Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Mittel zur Erfassung der Querbeschleunigung einen Sensor zur direkten Erfassung von Querbeschleunigungskräften aufweisen.

8. Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sollunterstützungsanteilfestsetzungseinrichtung den Sollunterstützungsanteil erniedrigt, wenn die Querbeschleunigung in einem ersten Bereich anwächst, wo die Querbeschleunigung niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, den Sollunterstützungsanteil erhöht, wenn die Querbeschleunigung in einem zweiten Bereich anwächst, wo die Querbeschleunigung höher als der erste vorbestimmte Wert ist, und den Sollunterstützunganteil auf einen festen Wert festsetzt, ungeachtet der Größe der Querbeschleunigung, in einem dritten Bereich, wo die Querbeschleunigung zwischen dem ersten vorbestimmten Wert und dem zweiten vorbestimmten Wert ist.

9. Verfahren für ein Fahrzeug mit einer Servolenkung zur Erzeugung einer Lenkkraftunterstützung, wobei der Anteil der Lenkkraftunterstützung in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit variiert wird und verringert wird, wenn die Querbeschleunigung in einem ersten Bereich anwächst, in dem die Querbeschleunigung niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, und vergrößert wird, wenn die Querbeschleunigung in einem zweiten Bereich anwächst, in dem die Querbeschleunigung höher als in dem ersten Bereich ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Anteil der Lenkkraftunterstützung erhöht wird, wenn die Fahrzeugeschwindigkeit abnimmt, und erniedrigt wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Kraftunterstützungsanteil mit steigender Querbeschleunigung des Fahrzeugs verringert wird, wenn die Querbeschleunigung gleich oder kleiner als ein erster Wert ist, wobei der Kraftunterstützungsanteil konstant gehalten wird, wenn die Querbeschleunigung größer als der erste Wert aber kleiner als ein größerer zweiter Wert ist, und wobei der Kraftunterstützungsanteil erhöht wird, wenn die Querbeschleunigung des Fahrzeugs über den zweiten Wert ansteigt.

12. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der angestrebte Kraftunterstützungsanteil bei einer bis zu einer vorgewählten Geschwindigkeit variierenden Fahrzeuggeschwindigkeit konstant gehalten wird, und der Kraftunterstützungsanteil erhöht wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit über die vorgewählte Geschwindigkeit ansteigt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei ein erster Betriebsmodus und ein zweiter Betriebsmodus vorgesehen sind, wobei die vorgewählte Geschwindigkeit im zweiten Modus größer als im ersten Modus ist.

14. Verfahren nach Anspruch 9, mit Schritten zum Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Querbeschleunigung des Fahrzeugs.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Schritte zum Erfassen der Querbeschleunigung des Fahrzeugs das Erfassen der Fahzeuggeschwindigkeit und das Erfassen eines Lenkwinkels des Fahrzeugs beinhalten.

16. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Kraftunterstützungsanteil mit einer Fuzzy-Logik bestimmt wird.