DE10025875A1 - Lenksystem mit elektrischem Antrieb - Google Patents

Abstract

Ein Lenksystem mit elektrischem Antrieb weist einen Elektromotor zur Unterstützung einer Lenkkraft auf der Grundlage eines Lenkdrehmoments auf und eine Elektromotortreiberschaltung und zeichnet sich dadurch aus, daß die Elektromotortreiberschaltung den Elektromotor auf der Grundlage zumindest entweder eines Trägheitskompensationsstroms oder eines Viskositätskompensationsstroms im Falle eines Ausfalls treibt, wobei der Trägheitskompensationsstrom größer wird, wenn bei dem Elektromotor die Winkelbeschleunigung zunimmt, und bei dem Elektromotor für ein Drehmoment in Richtung identisch zur Richtung der Elektromotor-Winkelbeschleunigung sorgt, und wobei der Viskositätskompensationsstrom größer wird, wenn bei dem Elektromotor die Winkelgeschwindigkeit zunimmt, und bei dem Elektromotor für ein Drehmoment in Richtung entgegengesetzt zur Richtung der Elektromotor-Winkelgeschwindigkeit sorgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkung mit elektrischem Antrieb für Kraftfahrzeuge und dergleichen, und betrifft insbesondere die Verbesserung des Lenkgefühls im Falle eines Ausfalls.

Fig. 10 zeigt ein typisches Lenksystem mit elektrischem Antrieb. In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 100 einen Elektromotor, der eine Lenkservokraft erzeugt, und der zwischen die Ausgangsklemme einer Motortreiberschaltung 110 geschaltet ist, die eine Brückenschaltung aus vier FETs 110a bis 110d aufweist, und der gesteuert angetrieben wird, wenn eine Antriebseinheit 120 eines der entgegengesetzten Paare von FETs in der Motortreiberschaltung 110 einschaltet. Wenn bei einem derartigen typischen Lenksystem mit elektrischem Antrieb beispielsweise der FET 110c einen Kurzschluß verursacht, wird ein geschlossener Schaltkreis aus dem FET 110c, dem Motor, einer parasitären Diode in dem FET 110d und dem FET 110c erzeugt. Wenn ein Fahrer das Lenkrad betätigt, wird der Motor 100 über eine Lenkwelle und ein Reduziergetriebe gedreht, so daß in dem Motor eine elektromotorische Kraft 100 induziert wird. Da in dem geschlossenen Schaltkreis ein hoher Strom fließt, arbeitet der geschlossene Schaltkreis als Bremsschaltung, so daß es für den Fahrer erforderlich wird, eine übermäßige Lenkkraft anzulegen, was den Lenkvorgang beeinträchtigt.

Wenn der Motor in entgegengesetzter Richtung in einem derartigen Zustand gedreht wird, in welchem wie voranstehend geschildert der FET 110c einen Kurzschluß hervorgerufen hat, wird keine Bremswirkung zur Verfügung gestellt, da infolge des Nichtvorhandenseins des geschlossenen Schaltkreises kein Strom fließt. Dies bedeutet, daß die Bremskraft oder die erforderliche Lenkkraft unterschiedlich wird, abhängig von der Lenkrichtung. Da die Lenkkraft in Richtung nach rechts und jene in Richtung nach links nicht mehr ausgeglichen sind, wird das Lenkgefühl extrem stark beeinträchtigt.

Um mit dieser Schwierigkeit fertig zu werden wurde ein Vorschlag gemäß JP-B-796387 zur Verfügung gestellt. Nunmehr wird ein herkömmliches Lenksystem mit elektrischem Antrieb unter Bezugnahme auf Fig. 11 erläutert. In dieser Figur sind gleiche Teile wie in Fig. 10 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und werden nicht erneut erläutert.

Wie in Fig. 11 gezeigt ist, ist der Motor 100 mit den Ausgangsklemmen der Motortreiberschaltung 110 über ein Relais 130 verbunden.

Wenn wie bereits erwähnt der FET 110c einen Kurzschluß hervorruft, öffnet dieses herkömmliche Servolenksystem das Relais 130 und verhindert, daß ein geschlossener Schaltkreis oder eine Bremsschaltung zur Verfügung gestellt wird, und verhindert so, daß das Lenkgefühl beeinträchtigt wird.

Obwohl dieses herkömmliche Lenksystem mit elektrischem Antrieb das Relais 130 im Falle eines Ausfalls öffnen kann, um die Bereitstellung der Bremsschaltung zu verhindern, ist bei dem Lenksystem mit elektrischem Antrieb die Schwierigkeit aufgetreten, daß das Verhalten des Fahrzeugs unter dem Einfluß des Trägheitsmoments des Motors 100 instabil wird, da der Motor 100 mit der Lenkwelle über das Reduziergetriebe gekuppelt ist.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Lösung dieses Problems, und in der Bereitstellung eines Lenksystems mit elektrischem Antrieb, welches ein stabiles Fahrverhalten eines Fahrzeugs zur Verfügung stellen kann, um selbst im Falle eines Ausfalls ein zufriedenstellendes Lenkgefühl zur Verfügung zu stellen.

Gemäß einer ersten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein Lenksystem mit elektrischem Antrieb zur Verfügung gestellt, welches einen Elektromotor zur Unterstützung der Lenkkraft auf der Grundlage eines Lenkdrehmoments aufweist, und eine Elektromotortreiberschaltung zum Betrieb des Elektromotors auf der Grundlage eines Trägheitskompensationsstroms im Falle eines Ausfalls, wobei der Trägheitskompensationsstrom größer wird, wenn bei dem Elektromotor die Winkelbeschleunigung zunimmt, und für den Elektromotor ein Drehmoment in einer Richtung zur Verfügung stellt, welche mit der Winkelbeschleunigung des Elektromotors übereinstimmt.

Gemäß einer zweiten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein Lenksystem mit elektrischem Antrieb zur Verfügung gestellt, welches einen Elektromotor zur Unterstützung einer Lenkkraft auf der Grundlage eines Lenkdrehmoments aufweist, und eine Elektromotortreiberschaltung zum Betreiben des Elektromotors auf der Grundlage eines Viskositätskompensationsstroms im Falle eines Ausfalls, wobei der Viskositätskompensationsstrom größer wird, wenn bei dem Elektromotor die Winkelgeschwindigkeit zunimmt, und für den Elektromotor ein Drehmoment in einer Richtung entgegengesetzt zur Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors zur Verfügung stellt.

Gemäß einer dritten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein Lenksystem mit elektrischem Antrieb zur Verfügung gestellt, welches einen Elektromotor zur Unterstützung einer Lenkkraft auf der Grundlage eines Lenkdrehmoments aufweist, und eine Elektromotortreiberschaltung zum Betreiben des Elektromotors auf der Grundlage eines Trägheitskompensationsstroms und eines Viskositätskompensationsstroms im Falle eines Ausfalls, wobei der Trägheitskompensationsstrom größer wird, wenn bei dem Elektromotor die Winkelbeschleunigung zunimmt, und bei dem Elektromotor für ein Drehmoment in gleicher Richtung wie der Elektromotor Winkelbeschleunigung sorgt, und wobei der Viskositätskompensationsstrom größer wird, wenn bei dem Elektromotor die Winkelgeschwindigkeit zunimmt, und bei dem Elektromotor für ein Drehmoment in Richtung entgegengesetzt zur Winkelbeschleunigung des Elektromotors sorgt.

Gemäß einer vierten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein Betrieb des Elektromotors verhindert, wenn ein Ausfall beim Elektromotor oder der Schaltung auftritt.

Gemäß einer fünften Zielrichtung der vorliegenden Erfindung weist das System weiterhin einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Detektieren der Fahrzeuggeschwindigkeit auf, wobei der Kompensationsstrom in Reaktion auf die detektierte Fahrzeuggeschwindigkeit abgeändert wird.

Gemäß einer sechsten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird der Kompensationsstrom größer, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt.

Gemäß einer siebten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird der Kompensationsstrom auf der Grundlage einer voreingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit im Falle eines Ausfalls des Fahrzeuggeschwindigkeitssensor festgelegt.

Gemäß einer achten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein Lenksystem mit elektrischem Antrieb zur Verfügung gestellt, welches einen Elektromotor zur Unterstützung einer Lenkkraft auf der Grundlage eines Lenkdrehmoments aufweist, eine Elektromotortreiberschaltung zum Betreiben des Elektromotors, wobei die Schaltung eine Brückenschaltung mit vier Schaltgeräten aufweist, und der Motor zwischen Ausgangsklemmen der Schaltung über einen Widerstand angeschlossen ist, und ein Schalter zum Kurzschließen beider Enden des Widerstands im Normalbetrieb vorgesehen ist.

Gemäß einer neunten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung weist das System weiterhin einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Detektieren der Fahrzeuggeschwindigkeit auf, wobei der Widerstand einen Widerstandswert aufweist, der in Reaktion auf die detektierte Fahrzeuggeschwindigkeit abgeändert wird.

Gemäß einer zehnten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird der Widerstandswert kleiner, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt.

Gemäß einer elften Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird der Widerstandswert auf der Grundlage einer voreingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit im Falle eines Ausfalls des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors festgelegt.

Gemäß einer zwölften Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein Lenksystem mit elektrischem Antrieb zur Verfügung gestellt, welches einen Elektromotor zur Unterstützung einer Lenkkraft auf der Grundlage eines Lenkdrehmoments aufweist, und einen Schalter zum Kurzschließen beider Anschlußklemmen des Elektromotors, wobei der Schalter durch ein Tastsignal im Falle eines Ausfalls angetrieben wird.

Gemäß einer dreizehnten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung weist das System weiterhin einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Detektieren der Fahrzeuggeschwindigkeit auf, wobei das Tastsignal zum Treiben des Schalters ein Tastverhältnis aufweist, das in Reaktion auf die detektierte Fahrzeuggeschwindigkeit abgeändert wird.

Gemäß einer vierzehnten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird das Tastverhältnis größer, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt.

Gemäß einer fünften Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird das Tastverhältnis auf der Grundlage einer voreingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit im Falle eines Ausfalls des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors festgelegt.

Gemäß einer sechzehnten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung weist das System weiterhin einen Alarm auf, um zu warnen, daß ein Fehler auftritt, wenn dies geschieht.

Gemäß der ersten Zielrichtung kann ein negativer Effekt infolge des Trägheitsmoments des Motors selbst im Falle eines Ausfalls kompensiert werden, so daß das Verhalten des Fahrzeugs stabil wird, wodurch das Lenkgefühl verbessert wird.

Gemäß der zweiten Zielrichtung kann ein negativer Effekt auf das Lenkgefühl infolge der Viskosität des Motors selbst im Falle eines Ausfalls kompensiert werden, damit das Verhalten des Fahrzeugs stabil wird, wodurch das Lenkgefühl verbessert wird.

Gemäß der dritten Zielrichtung können negative Auswirkungen infolge des Trägheitsmoments und der Viskosität des Motors selbst im Falle eines Ausfalls kompensiert werden, um das Verhalten des Fahrzeugs stabil auszubilden, wodurch das Lenkgefühl verbessert wird.

Gemäß der vierten Zielrichtung kann dann, wenn die Fortsetzung des Betriebs des Motor zum Durchbrennen infolge eines Ausfalls führen kann, der Betrieb des Motors angehalten werden, um bei dem Lenksystem mit elektrischem Antrieb eine verbesserte Sicherheit zur Verfügung zu stellen.

Gemäß der fünften Zielrichtung kann das Ausmaß der Kompensation bezüglich der Trägheit oder der Viskosität in Reaktion auf die detektierte Fahrzeuggeschwindigkeit abgeändert werden, um das Lenkgefühl noch weiter zu verbessern.

Gemäß der sechsten Zielrichtung kann die Viskosität oder die Trägheit in einem Bereich hoher Geschwindigkeiten stärker kompensiert werden, damit das Verhalten des Fahrzeugs stabil wird, wodurch das Lenkgefühl noch weiter verbessert wird.

Gemäß der siebten Zielrichtung kann eine ausreichende Kompensation selbst im Falle eines Ausfalls zur Verfügung gestellt werden, was das Lenkgefühl verbessert.

Gemäß der achten Zielrichtung kann, wenn das System im Normalbetrieb befindet, der Widerstand kurzgeschlossen werden, um zu verhindern, daß die Treiberschaltung negativ beeinflußt wird. Wenn ein Fehler in dem System auftritt, kann der Widerstand als Bremswiderstand arbeiten, um eine Bremskraft an den Motor anzulegen, wodurch eine Verschlechterung des Verhaltens des Fahrzeugs verhindert wird, infolge des Trägheitsmoments des Motors, und das Lenkgefühl selbst im Falle eines Ausfalls verbessert wird.

Gemäß der neunten Zielrichtung kann die Bremskraft, die an den Motor angelegt wird, in Reaktion auf die detektierte Fahrzeuggeschwindigkeit abgeändert werden, um das Lenkgefühl noch weiter zu verbessern.

Gemäß der zehnten Zielrichtung kann das System eine stärkere Bremskraft an den Motor im Bereich hoher Geschwindigkeiten anlegen, damit das Verhalten des Fahrzeugs stabil wird, wodurch das Lenkgefühl weiter verbessert wird.

Gemäß der elften Zielrichtung kann eine ausreichende Bremskraft selbst im Falle eines Ausfalls gleichmäßig angelegt werden, wodurch das Lenkgefühl verbessert wird.

Gemäß der zwölften Zielrichtung kann, wenn ein Ausfall in dem System auftritt, eine Bremskraft an den Motor angelegt werden, um so eine Beeinträchtigung des Verhaltens des Fahrzeugs zu verhindern, infolge des Trägheitsmoments, wodurch das Lenkgefühl selbst im Falle eines Ausfalls verbessert wird, und der Vorteil zur Verfügung gestellt wird, daß das System kleiner und kostengünstig ausgebildet werden kann, da es nicht erforderlich ist, ein zusätzliches Teil vorzusehen, beispielsweise einen Widerstand für das Bremsen.

Gemäß der dreizehnten Zielrichtung kann die Bremskraft, die an den Motor angelegt wird, in Reaktion auf die detektierte Fahrzeuggeschwindigkeit abgeändert werden, um das Lenkgefühl noch weiter zu verbessern.

Gemäß der vierzehnten Zielrichtung kann das System eine höhere Bremskraft an den Motor in einem Bereich mit hohen Geschwindigkeiten anlegen, damit das Fahrverhalten des Fahrzeugs stabil wird, wodurch das Lenkgefühl weiter verbessert wird.

Gemäß der fünften Zielrichtung kann eine ausreichende Bremskraft selbst im Falle eines Ausfalls angelegt werden, wodurch das Lenkgefühl verbessert wird.

Gemäß der sechzehnten Zielrichtung kann im Falle eines Ausfalls dem Fahrer eine Warnung zur Verfügung gestellt werden, was dem Lenksystem mit elektrischem Antrieb eine weitere erhöhte Sicherheit verleiht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des Lenksystems mit elektrischem Antrieb gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Steuerung in dem Lenksystem mit elektrischem Antrieb gemäß der ersten Ausführungsform;

Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung von Prozessen der Steuerung;

Fig. 4 einen Graphen zur Erläuterung von Prozessen der Steuerung;

Fig. 5 einen Graphen zur Erläuterung von Prozessen der Steuerung;

Fig. 6 einen Graphen zur Erläuterung von Prozessen der Steuerung;

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Steuerung in dem Lenksystem mit elektrischem Antrieb gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 ein Flußdiagramm zur Erläuterung von Prozessen einer Steuerung in dem Lenksystem mit elektrischem Antrieb gemäß der zweiten Ausführungsform;

Fig. 9 einen Graphen zur Erläuterung von Prozessen einer Steuerung in dem Lenksystem mit elektrischem Antrieb gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 eine schematische Ansicht eines typischen Lenksystems mit elektrischem Antrieb; und

Fig. 11 eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Lenksystems mit elektrischem Antrieb.

AUSFÜHRUNGSFORM 1

Nunmehr wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ein Lenksystem mit elektrischem Antrieb gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Lenkrad, das Bezugszeichen 2 eine Lenkwelle, das Bezugszeichen 3 einen Drehmomentsensor zum Detektieren einer von einem Fahrer aufgebrachten Lenkkraft, das Bezugszeichen 4 einen Elektromotor zur Unterstützung der von dem Fahrer aufgebrachten Lenkkraft, das Bezugszeichen 5 ein Reduziergetriebe zur Übertragung eines Ausgangsdrehmoments von dem Motor an die Lenkwelle 2, das Bezugszeichen 6 einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Detektieren der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, das Bezugszeichen 7 eine auf dem Fahrzeug angebrachte Batterie, und das Bezugszeichen 8 eine Steuerung zum Betreiben des Motors 4 auf der Grundlage von Ausgangssignalen von dem Drehmomentsensor und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 6.

In Fig. 2 sind die Einzelheiten der Steuerung 8 dargestellt. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Mikrosteuerung, welche einen Mikroprozessor MPU aufweist, Speicher (ROM und RAM), Eingangs/Ausgangsports I/O, einen Analog-Digitalwandler A/D sowie eine Impulsbreitenmodulationssignalausgangsschaltung PWM. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Motortreiberschaltung, die eine Brückenschaltung aus vier Leistungs-MOSFETs 10a, 10b, 10c, 10d aufweist (nachstehend als die FETs bezeichnet). Das Bezugszeichen 11 bezeichnet Gatetreiberschaltungen zum Treiben der Motortreiberschaltung 9, und das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Motorstromdetektorschaltung zum Detektieren eines Motorstroms. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet eine Motorspannungsdetektorschaltung zum Detektieren der Motorspannung. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet eine Drehmomentsensorsignaleingangsschaltung zur Behandlung eines Ausgangssignals von dem Drehmomentsensor 3. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet eine Fahrzeuggeschwindigkeitssensorsignaleingangsschaltung zur Behandlung eines Ausgangssignals von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 6.

Nunmehr werden die Betriebsabläufe bei dem Lenksystem mit elektrischem Antrieb gemäß der ersten Ausführungsform erläutert. Die Mikrosteuerung 9 führt erforderliche Prozesse entsprechend dem Programm durch, das in einem Speicher gespeichert ist, und die Prozesse sind in dem Flußdiagramm von Fig. 3 dargestellt.

Im Schritt s1 wird ein Ausgangssignal von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 6 durch die Fahrzeugsensorsignaleingangsschaltung 15 ausgelesen, und wird eine Operation durchgeführt, um die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit festzustellen. Im Schritt s2 wird eine Operation mit einer momentanen Winkelgeschwindigkeit des Motors durchgeführt.

Die Operation bezüglich der Winkelgeschwindigkeit des Motors im Schritt s2 wird im einzelnen erläutert. Der Motor 4 ist ein fremderregter Gleichstrommotor, bei welchem die Spannung, die durch eine elektromotorische Gegenkraft induziert wird, proportional zur Winkelgeschwindigkeit ist. Bekanntlich kann die Winkelgeschwindigkeit des Motors dadurch ermittelt werden, daß eine Operation mit der elektromotorischen Gegenkraft durchgeführt wird.

Wenn andererseits ein Transiententherm in Bezug auf den Motor 4 vernachlässigt wird, gilt die Schaltungsgleichung Vm = Ia . Ra + Ve. Vm ist die Motorspannung, Ia ist der Motorstrom, Ra ist der Ankerwiderstand des Motors, und Ve ist die Spannung, die durch eine elektromotorische Gegenkraft in dem Motor induziert wird. Die Motorspannung Vm wird durch die Motorspannungsdetektorschaltung 13 detektiert, und der Motorstrom Ia wird durch die Motorstromdetektorschaltung 12 detektiert. Der Motorankerwiderstand Ra weist einen konstanten Wert auf, der in Abhängigkeit von dem Motor festgelegt ist. Im Schritt s2 wird die induzierte Spannung Ve auf der Grundlage eines Ausgangssignals von der Motorspannungsdetektorschaltung 13 und eines Ausgangssignals von der Motorstromdetektorschaltung 12 ermittelt, entsprechend der Gleichung, um die Motorwinkelgeschwindigkeit festzustellen.

Im Schritt s3 wird die im Schritt s2 ermittelte Motorwinkelgeschwindigkeit differenziert, um die Motorwinkelbeschleunigung zu ermitteln. Im Schritt s4 wird festgestellt, ob ein Ausfall in dem Drehmomentsensor 3, dem Motor 4, dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 6 oder anderen Geräten auftritt, oder nicht.

Wenn im Schritt s5 auf der Grundlage der Ergebnisse der Feststellungen im Schritt s4 bestätigt wird, daß kein Ausfall auftritt, geht die Verarbeitung mit dem Schritt s6 weiter. Im Schritt s6 wird unter Bezugnahme auf eine in einem Speicher gespeicherte Tabelle eine Operation durchgeführt, um einen Lenkkraftservostrom zu ermitteln, der die Eigenschaft hat, daß der Servostrom zunimmt, wenn das Lenkdrehmoment zunimmt, und abnimmt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt, wie dies in Fig. 4 als Beispiel gezeigt ist. Wenn andererseits im Schritt s5 auf der Grundlage der Untersuchungsergebnisse im Schritt s4 bestätigt wird, daß ein Ausfall auftritt, so geht die Verarbeitung zum Schritt s7 über, in welchem der Servostrom für die Lenkkraft auf 0 eingestellt wird.

Im Schritt s8 wird festgestellt, ob der Schritt s4 festgestellte Ausfall beim Motor 4 oder bei der Motortreiberschaltung 10 (nachstehend als Motorausfall bezeichnet) auftritt, oder nicht. Falls nein, geht die Verarbeitung zum Schritt s9 über, in welchem jeweilige Kompensationsströme festgestellt werden, die dazu erforderlich sind, die Trägheit und die Viskosität des Motors 4 zu kompensieren, welche das Lenksystem beeinflussen.

Im Schritt s9 werden ein Trägheitskompensationsstrom, der direkt proportional zur Motorwinkelbeschleunigung ist, und eine Drehkraft auf den Motor 4 in derselben Richtung wie der Richtung der Motorwinkelbeschleunigung ausübt, wie dies in Fig. 5 als Beispiel gezeigt ist, und ein Viskositätskompensationsstrom, der direkt proportional zur Motorwinkelgeschwindigkeit ist, und eine Drehkraft auf den Motor 4 in der Richtung entgegengesetzt zur Richtung der Motorwinkelgeschwindigkeit ausübt, wie dies in Fig. 6 als Beispiel gezeigt ist, jeweils festgestellt, unter Bezugnahme auf eine in einem Speicher gespeicherte Tabelle. Anderenfalls geht, wenn der Motorausfall auftritt, die Verarbeitung vom Schritt s8 zum Schritt s10 über, in welchem der Trägheitskompensationsstrom und der Viskositätskompensationsstrom beide auf 0 eingestellt werden.

Im Schritt s11 wird ein Sollstrom für den Motor 4, der durch Addition des Servostroms für die Lenkkraft, des Trägheitskompensationsstroms und des Viskositätskompensationsstroms erhalten wird, mit dem tatsächlichen Strom für den Motor verglichen, der von der Motorstromdetektorschaltung 12 detektiert wird. Darüber hinaus treiben die Gatetreiberschaltungen 11 die Motortreiberschaltung 10 so, daß der tatsächliche Strom dem Sollstrom entspricht, mittels Rückkopplungsregelung. Schließlich wird im Schritt s12, damit eine derartige Gruppe von Verarbeitungen in einem bestimmten Zyklus durchgeführt wird, die Verarbeitung in einem Bereitschaftszustand gehalten, bis ein Zyklus abgelaufen ist. Nach Ablauf eines Zyklus geht die Verarbeitung zum Schritt s1 zurück, und beginnt dieselbe Verarbeitung erneut.

Wie geschildert kann bei der ersten Ausführungsform im Falle eines Ausfalls die Lenkkraftservosteuerung, die in Reaktion auf ein Lenkdrehmoment und eine Fahrzeuggeschwindigkeit im Normalbetrieb durchgeführt wird, gesperrt werden, um eine verbesserte Sicherheit zur Verfügung zu stellen. Wenn der Drehmomentsensor einen Ausfall hervorruft, obwohl der Motor oder die Motortreiberschaltung in Ordnung ist, kann die Kompensation der Trägheit und der Viskosität für den Motor fortgesetzt werden, um das Verhalten des Fahrzeugs zu stabilisieren, und das Lenkgefühl selbst im Falle eines Aufalls zu verbessern.

Wenn der Motor oder die Motortreiberschaltung den Ausfall hervorruft (beispielsweise ein Kurzschluß nach Masse in dem Motor, der zum Durchbrennen führt, wenn die Stromversorgung des Motors fortgesetzt wird), kann der Betrieb des Motors vollständig gesperrt werden, um eine erhöhte Sicherheit zur Verfügung zu stellen.

Wie voranstehend erwähnt stellen bei der ersten Ausführungsform der Trägheitskompensationsstrom und der Viskositätskompensationsstrom Werte dar, die unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit sind. Das Lenkgefühl kann dadurch weiter verbessert werden, daß bei dem Trägheitskompensationsstrom und dem Viskositätskompensationsstrom die Eigenschaft vorgesehen wird, daß sie zunehmen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt, wie dies in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist.

Obwohl im Schritt s7 von Fig. 3 der Lenkservostrom gleich 0 ist, unabhängig davon, welcher Ausfall auftritt, kann der Lenkservostrom gleich 0 nur dann sein, wenn ein Ausfall beim Drehmomentsensor auftritt, der für die wesentlichste Eingangsgröße bei der Lenkkraftservosteuerung sorgt.

Im Falle eines Ausfalls des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors kann eine erhöhte Sicherheit dadurch sichergestellt werden, daß der Lenkservostrom, der Trägheitskompensationsstrom und der Viskositätskompensationsstrom ermittelt werden, im Schritt s6 und im Schritt s9 von Fig. 3, auf der Grundlage einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit im Bereich mittlerer oder hoher Geschwindigkeiten. (Diese Maßnahme ist deswegen sicherer, da der Lenkservostrom klein ist, während der Trägheitskompensationsstrom und der Viskositätskompensationsstrom groß sind).

Wenn eine Warnleuchte 19, die mit der Steuerung über eine Warnleuchtentreiberschaltung 20 verbunden ist, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, im Falle eines Ausfalls eingeschaltet wird, um eine Warnung an den Fahrer abzugeben, kann das Lenksystem mit elektrischem Antrieb noch sicherer ausgebildet werden.

AUSFÜHRUNGSFORM 2

Bei der ersten Ausführungsform ist jene Anordnung vorgesehen, bei welcher die Trägheit und die Viskosität des Motors kompensiert werden, also das Trägheitsmoment ausgeglichen wird, und eine Bremskraft angelegt wird. Eine Anordnung, bei welcher entweder nur die Trägheit oder die Viskosität kompensiert wird, kann einen ähnlichen Effekt zur Verfügung stellen. Bei der zweiten Ausführungsform wird nur eine Bremskraft angelegt.

In Fig. 7 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Steuerung gemäß der zweiten Ausführungsform dargestellt. Gleiche oder ähnliche Teile wie bei der ersten Ausführungsform sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und werden nicht unbedingt erneut erläutert. In Fig. 7 bezeichnet das Bezugszeichen 16 einen Bremswiderstand in Reihe mit dem Motor 4, das Bezugszeichen 17 ein Relais zum Kurzschließen beider Enden des Bremswiderstands 16, und das Bezugszeichen 18 eine Relaistreiberschaltung zum Treiben des Relais 17.

Nunmehr werden unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm von Fig. 8 Operationen bei der zweiten Ausführungsform erläutert. Gleiche Prozesse wie bei der ersten Ausführungsform sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Im Schritt s1 wird ein Ausgangssignal von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor durch die Fahrzeuggeschwindigkeitssensoreingangsschaltung 15 ausgelesen, und wird eine Operation zur Ermittlung der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit durchgeführt. Im Schritt s4 wird festgestellt, ob ein Ausfall an dem Drehmomentsensor 3, dem Motor 4, dem Fahrzeugsensor 6 und anderen Geräten auftritt.

Wenn im Schritt s23 auf der Grundlage der Ergebnisse der Feststellungen im Schritt s4 bestätigt wird, daß kein Ausfall auftritt, geht die Verarbeitung zum Schritt s14 über. Im Schritt s14 wird unter Bezugnahme auf eine in einem Speicher gespeicherte Tabelle eine Operation durchgeführt, um einen Lenkkraftservostrom zu ermitteln, welcher die Eigenschaft hat, daß der Servostrom zunimmt, wenn das Lenkdrehmoment zunimmt, und abnimmt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt, wie dies in Fig. 4 als Beispiel gezeigt ist.

Im Schritt s15 wird die Relaistreiberschaltung 18 leitend, um das Relais 17 einzuschalten, wodurch der Bremswiderstand 16 kurzgeschlossen wird. Im Schritt s16 wird festgestellt, welche Richtung der Sollmotorstrom hat, der im Schritt 14 ermittelt wurde.

Wenn der Sollmotorstrom in Fig. 7 nach rechts gerichtet ist, geht die Verarbeitung zum Schritt s17 über, in welchem der FET 10c abschaltet, und der FET 10d einschaltet. Wenn der Sollmotorstrom in Fig. 7 in Richtung nach links weist, geht die Verarbeitung zum Schritt s18 über, in welchem der FET 10c einschaltet, und der FET 10d ausschaltet. Im Schritt s11 wird eine sogenannte Rückkopplungsregelung durchgeführt, damit der tatsächliche Strom für den Motor 4, der von der Motorstromdektorschaltung 12 detektiert wird, mit dem Sollstrom für den Motor 4 übereinstimmt, der wie voranstehend geschildert ermittelt wurde. Daher wird ein PWM-Tastverhältnis (Impulsbreitenmodulations-Tastverhältnis) ermittelt, und werden die FETs 10a und 10b in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Motors betrieben.

Wenn andererseits im Schritt s13 festgestellt wird, daß ein Ausfall auftritt, geht die Verarbeitung zum Schritt s19 über, in welchem der Sollstrom für den Motor auf 0 eingestellt wird. Im Schritt s20 wird die Relaistreiberschaltung 18 ausgeschaltet, um das Relais 17 auszuschalten. Im Schritt s21 werden der FET 10a und der FET 10b ausgeschaltet, und der FET 10c und der FET 10d eingeschaltet.

Schließlich wird im Schritt s12, damit eine derartige Gruppe von Verarbeitungen in einem bestimmten Zyklus durchgeführt wird, die Verarbeitung in einem Bereitschaftszustand gehalten, bis ein Zyklus abgelaufen ist. Nach Ablauf eines Zyklus geht die Verarbeitung zum Schritt s1 zurück, und wird dieselbe Verarbeitung wiederholt.

Wie voranstehend geschildert schalten bei der zweiten Ausführungsform im Falle eines Ausfalls sowohl der FET 10c als auch der FET 10d ein, um eine geschlossene Schaltung aus dem FET 10c, dem Motor 4, dem Bremswiderstand 16 und dem FET 10d zu bilden. Wenn der Fahrer das Lenkrad betätigt, wird der Motor 4 durch die Lenkwelle über das Reduziergetriebe gedreht, so daß in dem Motor 4 eine elektromotorische Gegenkraft induziert wird. Die induzierte elektromotorische Gegenkraft führt dazu, daß ein Strom in der geschlossenen Schaltung fließt, so daß die geschlossene Schaltung als Bremsschaltung arbeitet. Daher kann eine Bremskraft proportional zur Drehgeschwindigkeit des Motors 4 erhalten werden, um eine negative Auswirkung infolge des Trägheitsmoments des Motors auszuschalten, wodurch das Verhalten des Fahrzeugs selbst im Falle eines Ausfalls stabilisiert wird.

Die Bereitstellung des Bremswiderstands in der geschlossenen Schaltung verhindert, daß der Strom größer wird als erforderlich, und verhindert daher, daß die Bremskraft stärker wird als erforderlich.

Daher kann der Fahrer ein zufriedenstellendes Lenkgefühl haben, ohne daß von ihm gefordert wird, eine zu hohe Lenkkraft aufzubringen.

Da sowohl der FET 10c als auch der FET 10d einschalten, kann die geschlossene Schaltung unabhängig von der Lenkrichtung ausgebildet werden, um zu verhindern, daß das Lenken in Richtung nach rechts und das Lenken in Richtung nach links ein Ungleichgewicht zeigen, und das Lenkgefühl beeinträchtigt wird.

Zwar ist bei der zweiten Ausführungsform nur ein Bremswiderstand vorgesehen, jedoch können mehrere Bremswiderstände vorhanden sein, die in Reaktion beispielsweise auf die Fahrzeuggeschwindigkeit zugeschaltet werden, wodurch ein erheblich feiner abgestufter Ausfallsicherungsvorgang durchgeführt wird. In diesem Fall können die Bremswiderstände so umgeschaltet werden, daß sich ein kleinerer Widerstandswert ergibt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit höher wird. Daher kann das Verhalten des Fahrzeugs bei hohen Geschwindigkeiten stabilisiert werden, und kann das Lenkgefühl im Falle eines Ausfalls noch weiter verbessert werden.

Wenn ein Ausfall bei dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor bei jener Anordnung auftritt, bei welcher der Widerstandswert in Reaktion auf die Fahrzeuggeschwindigkeit abgeändert wird, kann der Widerstandswert auf der Grundlage einer voreingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit im Bereich mittlerer und hoher Geschwindigkeiten festgelegt werden, um zu verhindern, daß das Verhalten des Fahrzeugs bei einer unzureichenden Bremsung beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit instabil wird.

Wenn eine Warnleuchte 19, die mit der Steuerung über eine Warnleuchtentreiberschaltung 20 verbunden ist, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist, im Falle eines Ausfalls eingeschaltet wird, um an den Fahrer eine Warnung abzugeben, kann das Lenksystem mit elektrischem Antrieb noch sicherer ausgebildet werden.

AUSFÜHRUNGSFORM 3

Obwohl eine gewünschte Bremskraft durch den Bremswiderstand bei der zweiten Ausführungsform angelegt wird, können der FET 10a und der FET 10b unter PWM-Steuerung durch ein einziges PWM-Signal getrieben werden, mit demselben Aufbau wie bei der ersten Ausführungsform, im Falle eines Ausfalls. In diesem Fall können, wenn der FET 10a und der FET 10b einschalten, der FET 10a, der Motor 4 und der FET 10b eine geschlossene Schaltung ausbilden, um eine Bremskraft anzulegen, wodurch das Verhalten des Fahrzeugs selbst im Falle eines Ausfalls wie bei der zweiten Ausführungsform stabilisiert wird.

Mit der dritten Ausführungsform kann erreicht werden, daß kein Bremswiderstand oder ein Relais mehr erforderlich ist, verglichen mit der zweiten Ausführungsform. Die dritte Ausführungsform kann ein Lenksystem mit elektrischem Antrieb zur Verfügung stellen, bei welchem das Lenkgefühl kostengünstiger verbessert wird, da die Kosten verringert werden können.

Das Tastverhältnis eines PWM-Signals zum Treiben des FET 10a ist so eingestellt, daß es mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit größer wird, wie dies in Fig. 9 als Beispiel gezeigt ist. Durch diese Anordnung kann eine gewünschte Bremskraft nacheinander in Reaktion auf die Fahrzeuggeschwindigkeit erhalten werden, um das Lenkgefühl weiter zu verbessern.

Wenn ein Ausfall bei dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor bei jener Anordnung auftritt, bei welcher das Tastverhältnis mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit größer wird, kann das Tastverhältnis auf der Grundlage einer voreingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit im Bereich mittlerer und hoher Geschwindigkeiten eingestellt werden, um zu verhindern, daß das Verhalten des Fahrzeugs infolge einer unzureichenden Bremsung beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit instabil wird.

Die Erläuterung der dritten Ausführungsform erfolgte anhand jenes Falles, bei welchem der FET 10a und der FET 10b beide mittels PWM-Steuerung getrieben werden. Ein entsprechender Effekt kann auch mit einer anderen Anordnung erzielt werden, bei welcher dann, wenn der FET 10a in einem Zustand einschaltet, in welchem beispielsweise der FET 10a so eingestellt ist, daß er unter PWM-Steuerung betrieben wird, und der FET 10b einschaltet, der FET 10a, der Motor 4 und der FET 10b eine geschlossene Schaltung ausbilden, um ein Lenkrad zu unterstützen, das sich im Uhrzeigersinn dreht, und dann, wenn der FET 10b in einem Zustand einschaltet, in welchem beispielsweise der FET 10b so eingestellt ist, daß er unter PWM-Steuerung betrieben wird, und der FET 10a einschaltet, der FET 10b, der Motor 4 und der FET 10a eine geschlossene Schaltung ausbilden, um ein Lenkrad zu unterstützen, das sich im Gegenuhrzeigersinn dreht. Bei dieser Anordnung kann jener FET, der nicht so eingestellt ist, daß er unter PWM-Steuerung betrieben wird (also der FET 10b, wenn sich das Lenkrad im Uhrzeigersinn dreht, und der FET 10a, wenn sich das Lenkrad im Gegenuhrzeigersinn dreht) ausschalten, um eine geschlossene Schaltung durch eine parasitäre Diode in diesem FET auszubilden.

Wenn eine Warnleuchte, die mit der Steuerung verbunden ist, wie dies in den Fig. 2 oder 7 gezeigt ist, im Falle eines Ausfalls einschaltet, um eine Warnung an den Fahrer abzugeben, kann das Lenksystem mit elektrischem Antrieb noch sicherer ausgebildet werden.

Claims (14)

1. Lenksystem mit elektrischem Antrieb, welches aufweist: eine Elektromotor (4) zur Unterstützung einer Lenkkraft auf der Grundlage eines Lenkdrehmoments; und eine Elektromotortreiberschaltung (10), dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromotortreiberschaltung den Elektromotor auf der Grundlage zumindest entweder eines Trägheitskompensationsstroms oder eines Viskositätskompensationsstroms im Falle eines Ausfalls treibt, wobei der Trägheitskompensationsstrom größer wird, wenn beim Elektromotor die Winkelbeschleunigung zunimmt, und bei dem Elektromotor für ein Drehmoment in Richtung identisch zur Elektromotorwinkelbeschleunigung sorgt, und wobei der Viskositätskompensationsstrom größer wird, wenn bei dem Elektromotor die Winkelgeschwindigkeit zunimmt, und bei dem Elektromotor für ein Drehmoment in Richtung entgegengesetzt zu jener der Elektromotor-Winkelgeschwindigkeit sorgt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrieb des Elektromotors gesperrt wird, wenn ein Ausfall bei dem Elektromotor oder Schaltung auftritt.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (6) zum Detektieren der Fahrzeuggeschwindigkeit vorgesehen ist, wobei der Kompensationsstrom in Reaktion auf die detektiert Fahrzeuggeschwindigkeit geändert wird.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationsstrom größer wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationsstrom auf der Grundlage einer voreingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit im Falle eines Ausfalls des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors festgelegt wird.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromotortreiberschaltung eine Brückenschaltung aufweist, die mit vier Schaltgeräten (10a-10d) versehen ist, und an welche der Motor über deren Ausgangsklemmen über einen Widerstand (17) angeschlossen ist, und einen Schalter (17) zum Kurzschließen beider Enden des Widerstands im Normalbetrieb aufweist.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (6) zum Detektieren der Fahrzeuggeschwindigkeit vorgesehen ist, wobei der Widerstandswert des Widerstands in Reaktion auf die detektierte Fahrzeuggeschwindigkeit abgeändert wird.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit geringer wird.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert auf der Grundlage einer voreingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit im Falle eines Ausfalls des Fahrzeuggeschwindigkeitssensor festgelegt wird.

10. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter (17) zum Kurzschließen beider Anschlußklemmen des Elektromotors vorgesehen ist, wobei der Schalter durch ein Tastsignal im Falle eines Ausfalls getrieben wird.

11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (6) zum Detektieren der Fahrzeuggeschwindigkeit vorgesehen ist, wobei das Tastsignal zum Treiben des Schalters ein Tastverhältnis aufweist, das in Reaktion auf die detektierte Fahrzeuggeschwindigkeit abgeändert wird.

12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastverhältnis mit wachsender Fahrzeuggeschwindigkeit größer wird.

13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastverhältnis auf der Grundlage einer voreingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit im Falle eines Ausfalls des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors festgelegt wird.

14. System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin ein Alarm (19) vorgesehen ist, um im Falle eines Ausfalls eine Warnung abzugeben, daß ein Ausfall auftritt.