DE10042295B4

DE10042295B4 - Elektrische Servolenkungseinrichtung

Info

Publication number: DE10042295B4
Application number: DE10042295A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Kifuku; Hiroshi Nishimura; Munenori Yamamoto; Katsuhiko Ohmae
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-05-08
Filing date: 2000-08-29
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2020-08-30
Also published as: JP2001315651A; US6380706B1; FR2808488A1; FR2808488B1; JP4064600B2; DE10042295A1

Abstract

Elektrische Servolenkungseinrichtung, die eine Lenkkraft durch einen Motor unterstützt, wobei die elektrische Servolenkungseinrichtung umfaßt:
eine Motorstrom-Obergrenzwert-Einstelleinrichtung (33), die einen oberen Grenzwert (Imax) eines Motorstroms einstellt,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Einstellen auf Grundlage einer Potenzfunktion des Motorstroms erfolgt,
wobei ein Exponent der Potenzfunktion in einem Bereich von 1 < Exponent < 2 ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkungseinrichtung, die der Unterstützung einer Lenkkraft durch einen Motor dient, mit den Merkmalen des Oberbegriffs der Patentansprüche 1 bis 3. Eine derartige Servolenkungseinrichtung ist aus der DE 695 17 920 T2 bekannt.

Verschiedene Verfahren zum Schützen einer elektrischen Servolenkungseinrichtung, die eine Lenkkraft unterstützt, die von einem Fahrer angelegt wird, durch einen Motor sind herkömmlicherweise ins Auge gefaßt worden. Die 16 und 17 zeigen eine herkömmliche elektrische Servolenkungseinrichtung, die in dem japanischen Gebrauchsmuster JP 06-042534 U (1994 veröffentlicht) offenbart ist.

16 ist ein Steuerblockdiagramm, welches die herkömmliche elektrische Servolenkungseinrichtung darstellt.

In 16 bezeichnet ein Bezugszeichen 1 einen Drehmomentsensor, der eine Lenkkraft erfaßt, die von einem Fahrer angelegt wird; ein Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Geschwindigkeitssensor, der eine Geschwindigkeit eines Fahrzeugs erfaßt; ein Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Mikroprozessor; ein Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Motoransteuerschaltung; ein Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Motor, der von der Motoransteuerschaltung 4 angesteuert wird, um eine Lenkunterstützungskraft zu erzeugen; und ein Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Motorstrom-Erfassungseinrichtung, die einen durch den Motor 5 fließenden Strom erfaßt.

Ein Bezugszeichen 31 bezeichnet eine Lenkkraftunterstützungsstrom-Einstelleinrichtung, die den Motorstrom bestimmt, um die Lenkkraft durch den Fahrer zu verringern; ein Bezugszeichen 32 bezeichnet eine Trägheitskompensationsstrom-Einstelleinrichtung, die den Motorstrom bestimmt, um einen Einfluß eines Trägheitsmoments des Motors zu verringern; und ein Bezugszeichen 33 bezeichnet eine Obergrenzenmotorstrom-Einstelleinrichtung, die eine obere Grenze des Motorstroms bestimmt, um die Motoransteuerschaltung 4 vor einer Überhitzung zu schützen und den Motorstrom aufrecht zu erhalten, wobei die Bezugszeichen 31 bis 33 durch eine Software in dem Mikroprozessor 3 realisiert werden.

17 zeigt den Obergrenzen-Motorstrom der herkömmlichen elektrischen Servolenkungseinrichtung.

Als nächstes wird ein Betrieb der herkömmlichen elektrischen Servolenkungseinrichtung beschrieben.

Wenn der Fahrer ein Lenkrad betätigt, wird von einem Drehmomentsensor eine Lenkkraft erfaßt und ein Signal wird dem Mikroprozessor 3 eingegeben. Der Mikroprozessor 3 stellt den Lenkkraft-Unterstützungsstrom in der Lenkkraftunterstützungsstrom-Einstelleinrichtung 31 ein, um eine geeignete Lenkkraft auf Grundlage einer von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 2 erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeit und der Lenkkraft zu erhalten. Ferner wird von der Trägheitskompensationsstrom-Einstelleinrichtung 32 der Trägheitskompensationsstrom eingestellt, um einen Einfluß des Trägheitsmoments des Motors zu verringern und eine Lenkkraft zu verbessern. Der Lenkkraft-Unterstützungsstrom ist begrenzt, um der obere Grenzwert oder darunter zu sein, wobei der obere Grenzwert gemäß einer in 17 dargestellten Charakteristik im Ansprechen auf einen integrierten Wert des Motorstroms, der von der Motorstrom-Erfassungseinrichtung 6 erfaßt wird, quadriert bestimmt wird. Somit werden der begrenzte Lenkkraft-Unterstützungsstrom und der Trägheitskompensationsstrom addiert und für eine Rückkopplungssteuerung zugeführt, so dass der addierte Wert und der erfaßte Wert des Motorstroms durch die Motorstrom-Erfassungseinrichtung 6 übereinstimmen. Der Motor 5 wird von der Motoransteuerschaltung 4 angesteuert.

In der herkömmlichen elektrischen Servolenkungseinrichtung weist ein quadrierter Wert des Stroms einen engen Zusammenhang mit einem kalorischen Wert auf und ist für einen Index eines Überhitzungsschutzes geeignet. Die obere Grenze des Motorstroms wird im Ansprechen auf den integrierten Wert des Motorstroms quadriert in der Motorstrom-Obergrenzwert-Einstelleinrichtung 33 bestimmt. Jedoch ist ein Verlust in Wärmeerzeugungsabschnitten des Motors und der Steuereinheit analog zu einer Potenzfunktion des Stroms und ein Exponent der Potenzfunktion ist zwischen der ersten Potenz und der zweiten Potenz. Insbesondere in einem Bereich großer Ströme, wenn der Überhitzungsschutz unter Verwendung des Index des Stroms quadriert ausgeführt wird, gibt es demzufolge ein Problem dahingehend, dass eine Überhitzung übermäßig geschützt wird. Für den Fall eines Parkens eines Fahrzeugs in einer Garage, die sich in einem schmalen Parkgebiet befindet, in dem stationär das Lenkrad betätigt wird, gibt es demzufolge Probleme dahingehend, dass die Lenkunterstützungskraft klein wird und die Lenkkraft von dem Fahrer erhöht wird.

Eine andere herkömmliche Einrichtung, die eine obere Grenze eines Motorstroms im Ansprechen auf einen integrierten Wert des Motorstroms zu der ersten Potenz bestimmt, ist ebenfalls bekannt. In diesem Fall ist, wie in dem japanischen Gebrauchsmuster JP 06-042534 U offenbart, der obere Grenzwert nicht rational und es ist erforderlich, die Motoransteuerschaltung 4 mit einem Spielraum zu entwerfen.

Nachstehend wird eine andere herkömmliche Einrichtung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.

18 zeigt eine Ersatzschaltung eines allgemein verwendeten Gleichstrommotors.

In 18 bezeichnet ein Bezugszeichen 7 einen Widerstand eines Ankers; ein Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Induktivität des Ankers; und ein Bezugszeichen 9 bezeichnet einen Widerstand einer Bürste.

19 zeigt einen Spannungsabfall in der Bürste des in 18 dargestellten Gleichstrommotors.

Vorausgesetzt, dass der Motorstrom mit Im dargestellt wird und der Spannungsabfall in der Bürste mit Vbr dargestellt wird, wird in 18 ein Kupferverlust Pm des Motors durch die folgende Gleichung ausgedrückt. Pm = Ra·Im2 + Vbr·Im, (Gleichung 1)wobei Pm den Kupferverlust des Motors (W) bezeichnet; Ra den Widerstand des Ankers (Ω) bezeichnet; Im den Strom des Ankers (A) bezeichnet; und Vbr den Spannungsabfall in der Bürste (V) bezeichnet.

Wie in 19 dargestellt, nimmt der Spannungsabfall Vbr in der Bürste zu, wenn der Strom Im des Ankers zunimmt. Wenn der Strom Im des Ankers ein vorgegebener Wert Im1 oder mehr wird, dann ist der Spannungsabfall auf einem vorgegebenen Wert Vbr1 gesättigt. In einem Bereich von großen Strömen, in dem ein Strom des Ankers Im > ein vorgegebener Im1 ist, bei dem eine Wärme von dem Motor Probleme verursacht, wird der Spannungsabfall Vbr in der Bürste unabhängig von dem Strom Im des Ankers konstant.

Aus der 19 und der Gleichung 1 ist es möglich, den Kupferverlust Pm des Motors als eine Summe eines Terms proportional zu dem Strom Im quadriert des Ankers und einem Term proportional zu dem Strom Im des Ankers zur ersten Potenz betrachten. Deshalb ist der Kupferverlust Pm des Motors eine Potenzfunktion des Stroms Im des Ankers wie folgt. Pm = C1·Imn1, (Gleichung 2)wobei 1 ≤ n1 ≤ 2 ist, und C1 eine beliebige Konstante bezeichnet.

Somit ist der Kupferverlust Pm des Motors analog zur Gleichung 2.

20 zeigt die Motoransteuerschaltung einer herkömmlichen elektrischen Servolenkungs-Steuereinheit.

In 20 bezeichnet ein Bezugszeichen 4 eine Motoransteuerschaltung, die aus MOSFET Q1 bis Q4 besteht; ein Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Motor und ein Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Batterie.

21 ist ein Graph, der eine Wellenform eines Motorstroms der in 20 dargestellten Motoransteuerschaltung zeigt, wobei MOSFET Q1 und Q4 für eine PWM angesteuert werden und MOSFET Q2 und Q3 ausgeschaltet werden.

22 zeigt einen Spannungsabfall eines parasitären Dioden-MOSFET der Motoransteuerschaltung in der herkömmlichen elektrischen Servolenkungseinrichtung.

Als nächstes wird ein Betrieb der in 20 dargestellten Motoransteuerschaltung beschrieben. In einer Dauer, während der die MOSFET Q1 und Q4 eingeschaltet sind, fließt ein Motorstrom durch einen Weg I1. In einer Dauer, während der die MOSFET Q1 und Q4 ausgeschaltet sind, werden parasitäre Dioden des MOSFET Q2 und Q3 eingeschaltet, wodurch der Motorstrom durch einen Weg I2 fließt. Vorausgesetzt, dass Verluste der MOSFET Q1 bis Q4 jeweils P1 bis P4 sind und ein Schaltverlust ignoriert wird, wird ein Verlust Pd der Motoransteuerschaltung 4 durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt. Pd = P1 + P2 + P3 + P4 (Gleichung 3) P1 = P4 = α·Ron·Im2 (Gleichung 4) P2 = P3 = (1 – α)VF·Im (Gleichung 5)wobei Pd einen Verlust (W) ohne den Schaltverlust der Motoransteuerschaltung bezeichnet;
P1 den Verlust (W) ohne den Schaltverlust des MOSFET Q1 bezeichnet;
P2 den Verlust (W) ohne den Schaltverlust des MOSFET Q2 bezeichnet;
P3 den Verlust (W) ohne den Schaltverlust des MOSFET Q3 bezeichnet;
P4 den Verlust (W) ohne den Schaltverlust des MOSFET Q4 bezeichnet;
α eine Flußrate eines Stroms durch die MOSFET Q1 und Q4 bezeichnet;
Ron einen Widerstand (Ω) zur Zeit einer Einschaltung des MOSFET bezeichnet;
Im einen Motorstrom (A), gleich zu I1 und I2, bezeichnet; und
VF eine Spannung (V) einer parasitären Diode des MOSFET in einer Richtung eines leichten Flusses bezeichnet.

Wie in 22 dargestellt nimmt die Spannung VF der parasitären Diode des MOSFET in Richtung eines leichten Flusses zu, wenn der Motorstrom Im ansteigt. Wenn der Motorstrom Im ein vorgegebener Wert Im2 oder mehr wird, dann sättigt sich die Spannung VF an einem vorgegebenen Wert VF1. Mit anderen Worten, in einem Bereich mit großen Strömen von Im > Im2, in dem eine Wärme der Motoransteuerschaltung 4 ein Problem wird, ist die Spannung VF der parasitären Diode des MOSFET in der Richtung eines leichten Flusses unabhängig von dem Motorstrom Im konstant.

Unter Bezugnahme auf die 22 und die Gleichungen 3 bis 5 kann der Verlust Pd ohne den Schaltverlust der Motoransteuerschaltung als eine Summe eines Terms proportional zu dem Motorstrom Im quadriert und einem Term proportional zu dem Motorstrom Im zur ersten Potenz angesehen werden. Deshalb wird der Verlust Pd ohne den Schaltverlust der Motoransteuerschaltung ungefähr als eine Potenzfunktion des Motorstroms Im wie folgt ausgedrückt. Pd = C2·Imn2, (Gleichung 6)wobei 1 ≤ n2 ≤ 2 ist, und C2 eine beliebige Konstante bezeichnet.

Wie beschrieben sind die Verluste des Motors und der Steuereinrichtung ungefähr Potenzfunktionen des Stroms und Indizes einer exponentiellen Funktion sind zwischen der ersten Potenz und der zweiten Potenz. Deshalb ist ein Überhitzungsschutz übermäßig, wenn der Strom zur zweiten Potenz als ein Indikator der Wärme verwendet wird.

Wenn die obere Grenze des Motorstroms im Ansprechen auf den integrierten Wert des Motorstroms zur ersten Potenz bestimmt wird, ist ferner eine Einstellung des oberen Grenzwerts nicht rational und es ist erforderlich, beim Entwurf der Motoransteuerschaltung 4 einen Spielraum zu geben.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend erwähnten Probleme, die der herkömmlichen Technik eigentümlich sind, zu lösen und eine elektrische Servolenkungseinrichtung bereitzustellen, die mit einem geeigneten Überhitzungsschutz versehen ist, um eine ausreichende Lenkunterstützungskraft selbst dann aufrecht zu erhalten, wenn ein stationäres Lenken wiederholt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Servolenkungseinrichtungen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1 bis 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Servolenkungseinrichtung, die eine Lenkkraft durch einen Motor unterstützt, vorgesehen, wobei die elektrische Servolenkungsvorrichtung umfaßt: eine Motorstrom-Obergrenzwert-Einstelleinrichtung, die einen oberen Grenzwert eines Motorstroms auf Grundlage einer Potenzfunktion des Motorstroms einstellt, und ein Exponent der Potenzfunktion in einem Bereich von 1 < Exponent < 2 ist.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Servolenkungsvorrichtung, die eine Lenkkraft durch einen Motor unterstützt, vorgesehen, wobei die elektrische Servolenkungseinrichtung umfaßt: eine Motorstrom-Obergrenzwert-Einstelleinrichtung, die einen oberen Grenzwert eines Motorstroms auf Grundlage einer Potenzfunktion einer Abweichung zwischen dem Motorstrom und einem Motorstrom-Referenzwert einstellt.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Servolenkungseinrichtung vorgesehen, die eine Lenkkraft durch einen Motor unterstützt, wobei die elektrische Servolenkungseinrichtung umfaßt: eine Motorstrom-Obergrenzwert-Einstelleinrichtung, die einen oberen Grenzwert eines Motorstroms auf Grundlage einer Abweichung zwischen einer Potenzfunktion des Motorstroms und einem Referenzwert der Potenzfunktion des Motorstroms einstellt.

Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Servolenkungseinrichtung vorgesehen, wobei ein Exponent der Potenzfunktionen in einem Bereich von 1 < Exponent < 2 ist.

Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Servolenkungseinrichtung vorgesehen, die ferner eine Motorstrom-Erfassungseinrichtung umfaßt, die den Motorstrom erfaßt, wobei der Motorstrom ein Strom ist, der von der Motorstrom-Erfassungseinrichtung erfaßt wird.

Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Servolenkungseinrichtung vorgesehen, wobei die Potenzfunktionen ungefähr ein Polynom sind.

Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Servolenkungseinrichtung vorgesehen, wobei die Potenzfunktionen ungefähr ein Graph mit einer polygonalen Linie sind.

Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Servolenkungseinrichtung vorgesehen, die ferner eine Motoransteuerschaltung umfaßt, die den Motor in einer Vielzahl von Moden ansteuert, wobei Konstanten der Potenzfunktionen im Ansprechen auf Ansteuermoden der Motoransteuerschaltung umgeschaltet werden.

Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Servolenkungseinrichtung vorgesehen, wobei die Potenzfunktionen zeitlich um eine vorgegebene Funktion verzögert werden, um den oberen Grenzwert des Motorstroms einzustellen.

Gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Servolenkungseinrichtung vorgesehen, die ferner eine Temperaturerfassungseinrichtung umfaßt, die Temperaturen von Abschnitten bezüglich eines Temperaturinkrements erfaßt, wobei die Motorstrom-Obergrenzwert-Einstelleinrichtung den oberen Grenzwert des Motorstroms im Ansprechen auf die Temperaturen, die von der Temperaturerfassungseinrichtung erfaßt werden, einstellt.

Gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Servolenkungseinrichtung vorgesehen, wobei die Motorstrom-Obergrenzwert-Einstelleinrichtung eine Vielzahl von oberen Grenzwerten des Motorstroms unter Verwendung einer Vielzahl von Potenzfunktionen betreibt und eine der Vielzahl von oberen Grenzwerten des Motorstroms wählt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine vollständigere Würdigung der Erfindung und viele der hervortretenden Vorteile davon ergeben sich näher mit einem erweiterten Verständnis unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
1 einen Aufbau einer elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
2 ein Flußdiagramm, das einen Betrieb einer Software für die elektrische Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 einen Graph, der eine Potenzfunktion einer Abweichung eines Motorstroms in der elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 einen Graph, der Charakteristiken eines Lenkkraft-Unterstützungsstroms der elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 einen Graph, der Charakteristiken eines Überhitzungsschutzes der elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt;
6 einen Graph, der eine Potenzfunktion einer Abweichung eines Motorstroms in einer elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 einen Graph, der Charakteristiken eines Überhitzungsschutzes der elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung darstellt;
8 ein Flußdiagramm, das einen Betrieb einer Software für eine elektrische Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 einen Graph, der Charakteristiken eines Überhitzungsschutzes der elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung darstellt;
10 ein Flußdiagramm, das einen Betrieb einer Software für eine elektrische Servolenkungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 eine Motoransteuerschaltung einer elektrischen Servolenkungs-Steuereinheit gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;
12 einen Graph, der Wellenformen eines elektrischen Stroms in der Motoransteuerschaltung darstellt, die in 11 dargestellt ist;
13 schematisch einen Aufbau einer elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung;
14 ein Flußdiagramm, das einen Betrieb einer Software für die elektrische Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung darstellt;
15 ein Flußdiagramm, das einen Betrieb einer Software für eine elektrische Servolenkungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung darstellt,
16 ein Steuerblockdiagramm, das die herkömmliche elektrische Servolenkungseinrichtung darstellt;
17 einen Graph, der den oberen Grenzwert des Stroms in der herkömmlichen elektrischen Servolenkungseinrichtung zeigt;
18 ein Ersatzschaltbild eines allgemein verwendeten Gleichstrommotors;
19 einen Graph, der den Spannungsabfall der Bürsten in dem in 18 dargestellten Gleichstrommotor darstellt;
20 die Motoransteuerschaltung der herkömmlichen elektrischen Servolenkungs-Steuereinheit;
21 eine Wellenform des Stroms, der durch die Motoransteuerschaltung fließt, die in 20 dargestellt ist; und
22 einen Graph, der den Spannungsabfall in der parasitären Diode des MOSFET der Motoransteuerschaltung in der herkömmlichen elektrischen Servolenkungseinrichtung darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine ausführliche Erläuterung von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 15 wie folgt wird nun gegeben, wobei die gleichen Bezugszeichen für die gleichen oder ähnlichen Abschnitte verwendet werden und eine Beschreibung von diesen Abschnitten weggelassen wird.
Ausführungsform 1
1 zeigt schematisch einen Aufbau einer elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
In 1 bezeichnet ein Bezugszeichen 1 einen Drehmomentsensor, der eine Lenkkraft von einem Fahrer erfaßt; ein Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, der eine Geschwindigkeit eines Fahrzeugs erfaßt; ein Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Mikroprozessor; ein Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Motoransteuerschaltung; ein Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Motor, der von der Motoransteuerschaltung 4 angesteuert wird und eine Lenkunterstützungskraft erzeugt; und ein Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Motorstrom-Erfassungseinrichtung, die einen durch den Motor 5 fließenden Strom erfaßt; ein Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Batterie; und ein Bezugszeichen 12 bezeichnet eine elektrische Servolenkungs-Steuereinheit, mit der der Drehmomentsensor 1 und der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 2 verbunden sind, um Eingangssignale zu bedienen, der Motor 5 ist als eine Last angeschlossen und die Batterie ist als eine Energiequelle angeschlossen. Ein Bezugszeichen 31 bezeichnet eine Lenkkraft-Unterstützungsstrom-Einstelleinrichtung, die den Motorstrom bestimmt, um die Lenkkraft durch den Fahrer im Ansprechen auf die Lenkkraft, die von dem Drehmomentsensor 1 erfaßt wird, zu verringern. Ein Bezugszeichen 33 bezeichnet eine Motorstrom-Obergrenzwert-Einstelleinrichtung, die eine obere Grenze des Motorstroms bestimmt, um den Motorstrom und die Motoransteuerschaltung 4 vor einer Überhitzung zu schützen. Ein Bezugszeichen 34 bezeichnet eine Motorstromabweichungs-Potenzfunktions-Betriebseinrichtung, die eine Potenzfunktion einer Abweichung zwischen einem Lenkkraft-Unterstützungsstrom und einem Motorstrom-Referenzwert betreibt bzw. einstellt. Ein Bezugszeichen 35 ist eine Motorstrom-Rückkopplungssteuereinheit, die eine an den Motor angelegte Spannung so bestimmt, dass der Lenkkraft-Unterstützungsstrom mit dem oberen Grenzwert, der von der Motorstrom-Obergrenzwert-Einstelleinrichtung 33 begrenzt wird, mit dem Motorstrom, der von der Motorstrom-Erfassungseinrichtung 6 erfaßt wird, übereinstimmt. Die Motorstrom-Obergrenzwert-Einstelleinrichtung 33 stellt den Motorstrom-Obergrenzwert aus der Motorstromabweichungs-Potenzfunktion ein bzw. betreibt diesen und begrenzt den Lenkkraft-Unterstützungsstrom, so dass er ein vorgegebener oberer Grenzwert oder darunter ist.
Die elektrische Servolenkungs-Steuereinheit 12 umfaßt den Mikroprozessor 3, die Motoransteuerschaltung 4 und die Motorstrom-Erfassungseinrichtung 6, wobei die Lenkkraft-Unterstützungsstrom-Einstelleinrichtung 31, die Motorstrom-Obergrenzwert-Einstelleinrichtung 33, die Motorstromabweichungs-Potenzfunktions-Einstelleinrichtung 34 und die Motorstrom-Rückkopplungssteuereinheit 35 in dem Mikroprozessor 3 in Form einer Software installiert sind. Ein Befehl zum Anlegen des Motorstroms von dem Mikroprozessor 3 wird einer Leistungsverstärkung in der Motoransteuerschaltung 4 ausgesetzt, um den Motor 5 anzusteuern.
2 ist ein Flußdiagramm, das den Betrieb der Software in der elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 zeigt einen Graph der Motorstromabweichungs-Potenzfunktion der elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Graph, der die Charakteristiken des Lenkkraft-Unterstützungsstroms der elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 ist ein Graph, der Charakteristiken des Überhitzungsschutzes der elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 auf Grundlage der in 2 dargestellten Prozedur ein Betrieb der elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 1 beschrieben. Eine Programmverarbeitung wie in 2 wird durch jeden konstanten Zyklus durch ein oberes Programm, welches einen Ausführungszyklus steuert, gelesen.
Im Schritt S1 wird die Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt. In dem Schritt S2 wird der Lenkkraft-Unterstützungsstrom Is aus der im Schritt S1 bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Lenkdrehmoment von einem Fahrer, welches mit dem Drehmomentsensor 1 beispielsweise gemäß der in 4 dargestellten Charakteristiken erfaßt wird, eingestellt. Die Schritt S1 und S2 entsprechen einem Betrieb der in 1 dargestellten Lenkkraft-Unterstützungsstrom-Einstelleinrichtung 31.
Im Schritt S3 wird eine Motorstrom-Verringerungsrate aus einem Zielstrom Ia, der im Schritt S5 eingestellt wird, der in einem vorangehenden Prozeß erhalten wird, und einem vorgegebenen Motorstrom-Referenzwert Iref als die Motorstromabweichungs-Potenzfunktion eingestellt. Im Schritt S4 wird der obere Grenzwert des Motorstroms aus der Motorstrom-Verringerungsrate, die im Schritt S3 ermittelt wird, bestimmt. In den Schritten S5 bis S7 wird der Lenkkraft-Unterstützungsstrom, der im Schritt S2 erhalten wird, begrenzt, um der obere Grenzwert des Motorstroms, der im Schritt S4 ermittelt wird, oder weniger zu sein, und der Lenkkraft-Unterstützungsstrom wird der Zielmotorstrom.
Der Betrieb der Schritte S3 bis S7 wird nachstehend mit näheren Einzelheiten beschrieben.
Im Schritt S3 wird die Motorstrom-Verringerungsrate ΔI für den Überhitzungsschutz als eine Potenzfunktion der Abweichung zwischen dem Zielmotorstrom Ia und dem Motorstrom-Referenzwert Iref auf Grundlage zum Beispiel der folgenden Gleichung ermittelt. ΔI = C3·sgn(Iref – Ia(k – 1))· (|Iref-Ia(k – 1)|)n, (Gleichung 7)wobei C3 eine beliebige Konstante bezeichnet; und Ia(k – 1) einen vorher erhaltenen Zielmotorstrom bezeichnet.
Die Gleichung 7 wird zum Beispiel durch Nachschlagen in einer Tabelle von Daten gelöst, die Ergebnisse des Betriebs sind, die vorher ermittelt und in einem Nur-Lese-Speicher (ROM) gespeichert werden.
3 zeigt ein Beispiel des Betriebs der Motorstrom-Verringerungsrate ΔI für den Fall, dass Iref 10A ist, ein maximaler Strom 60A ist, Indizes n eines Exponenten 1, 1,5 und 2 sind und C3 gewählt ist, um ΔI gleich zu machen, wenn der Motorstrom 40A ist. Wenn in 3 die Verringerungsrate auf Grundlage der Abweichung zu der ersten Potenz bestimmt wird, ist die Verringerungsrate größer, wenn der Motorstrom klein ist, und ist kleiner, wenn der Motorstrom größer als für einen Fall ist, dass die Verringerungsrate auf Grundlage der Abweichung zu der Potenz von 1,5 bestimmt wird. Wenn die Verringerungsrate auf Grundlage einer Abweichung zu der ersten Potenz bestimmt wird und eine kleine Verringerungsrate eingestellt wird, um eine ausreichende Unterstützungskraft zu erhalten, wenn der Strom klein ist, ist es deshalb erforderlich, eine Schaltung mit einem Spielraum zu entwerfen, der zum Aushalten einer Wärme ausreicht, die erzeugt wird, wenn der Strom groß ist.
Ferner wird für den Fall, dass die Verringerungsrate auf Grundlage der Abweichung zu der zweiten Potenz bestimmt wird, die Verringerungsrate kleiner, wenn der Strom klein ist, und größer, wenn der Strom groß als in einem Fall, bei dem die Verringerungsrate auf Grundlage der Abweichung zur Potenz von Eins-Komma-Fünf. Für den Fall, dass die Verringerungsrate auf Grundlage der Abweichung zur zweiten Potenz bestimmt wird und die Verringerungsrate zum Aushalten einer Wärme, die erzeugt wird, wenn der Strom klein ist, groß eingestellt wird, wird deshalb die Verringerungsrate des großen Stroms übermäßig, wodurch eine ausreichende Unterstützungskraft nicht erhalten werden kann, wenn der große Strom erforderlich ist, zum Beispiel für ein stationäres Lenken.
Im Schritt S4 wird der Motorstrom-Obergrenzwert Imax für den Überhitzungsschutz aus der Motorstrom-Verringerungsrate ΔI, die im Schritt S3 erhalten wird, gemäß beispielsweise der folgenden Gleichungen erhalten. Imax_ovH(k) = Imax_ovh(k – 1) + ΔI (Gleichung 8) Imax(k) = min(Imax_sys, Imax_ovH) (Gleichung 9)
In den obigen Gleichungen bezeichnet Imax_ovh den Motorstrom-Obergrenzwert, der aus einer Integration von ΔI erhalten wird. Imax_sys bezeichnet den Motorstrom-Obergrenzwert, der beim Entwerfen eines Systems bestimmt wird. Indem ein anfänglicher Wert von Imax_ovh kleiner als Imax_sys gemacht wird, ist der obere Grenzwert des Motorstroms Imax_sys in einer vorgegebenen Zeit, bis Imax1 = Imax2 nach dem Starten festgestellt wird, um Imax1 zu verringern.
5 zeigt ein Beispiel, dass der Motorstrom-Obergrenzwert Imax gemäß der in 3 dargestellten Verringerungsrate eingestellt wird, wenn der Anfangswert von Imax_ovh 80A ist und Imax_sys 60A ist. Eine gestrichelte Linie bezeichnet Imax_ovh und eine durchgezogene Linie bezeichnet Imax. Ferner bezeichnet eine feine Linie einen Fall, bei dem ein Anforderungswert des Lenkkraft-Unterstützungsstroms Is 60A ist und eine dicke Linie bezeichnet einen Fall, bei dem der Anforderungswert 30A ist. Wenn der Motorstrom-Obergrenzwert auf Grundlage der Abweichung zur ersten Potenz bestimmt wird, im Vergleich mit dem Fall, bei dem der Motorstrom-Obergrenzwert auf Grundlage der Abweichung zur Potenz von Eins-Komma-Fünf bestimmt wird, wird der Motorstrom früher als für den Fall begrenzt, dass der Anforderungswert des Lenkkraft-Unterstützungsstroms 30A ist und die Begrenzung des Motorstroms zurückverlegt wird, wenn der Anforderungswert 60A ist. Durch Bestimmen der Verringerungsrate auf Grundlage der Abweichung zur ersten Potenz zum Bereitstellen einer ausreichenden Unterstützungskraft, wenn der Strom klein ist, ist es demzufolge erforderlich, die Schaltung mit einem Spielraum zum Aushalten der Wärme des großen Stroms auszulegen.
Wenn andererseits der Motorstrom-Obergrenzwert auf Grundlage der Abweichung zur zweiten Potenz bestimmt wird, im Vergleich mit dem Fall, bei dem der Motorstrom-Obergrenzwert auf Grundlage der Abweichung zur Potenz von Eins-Komma-Fünf bestimmt wird, wird die Begrenzung des Motorstroms verzögert, wenn der angeforderte Wert des Lenkkraft-Unterstützungsstroms 30A ist und der Motorstrom wird schnell begrenzt, wenn der angeforderte Wert des Lenkkraft-Unterstützungsstroms 60A ist. Wenn der Motorstrom-Obergrenzwert auf Grundlage der Abweichung zur zweiten Potenz bestimmt wird, so dass die Schaltung eine Wärme des kleinen Stroms aushalten kann, wird deshalb die Verringerungsrate des großen Stroms ausreichend groß, um eine ausreichende Unterstützungskraft unter einer Bedingung bereitzustellen, die einen großen Strom wie ein stationäres Lenken benötigt.
Durch Einstellen des Index der Exponentenfunktion innerhalb eines Bereichs von 1 < Index < 2 kann demzufolge ein geeigneter Überhitzungsschutz erhalten werden.
Zum Beispiel wird der Motorstrom-Referenzwert Iref als ein Strom gewählt, der kontinuierlich angelegt werden kann. Gemäß der Gleichungen 8 und 9 konvergiert der Motorstrom-Obergrenzwert Imax auf den Motorstrom-Referenzwert Iref über dem Ablauf der Zeit. Durch Einstellen wie beschrieben werden deshalb der Motor und die Steuereinheit nicht zerstört, obwohl das stationäre Lenken für eine lange Zeit wiederholt wird.
In den Schritten S5 bis S7 wird der Lenkkraft-Unterstützungsstrom Is, der im Schritt S2 erhalten wird, begrenzt (geklippt) um der Motorstrom-Obergrenzwert Imax, der im Schritt S2 erhalten wird, oder weniger zu sein, wodurch der Motorzielstrom Ia erhalten wird.
Wie beschrieben wird in den Schritten S3 bis S7 der Motorstrom-Obergrenzwert im Ansprechen auf den Motorstrom eingestellt und der Motorzielstrom wird begrenzt, um der obere Grenzwert oder weniger zu sein, wodurch die elektrische Servolenkungs-Steuereinheit 12 und der Motor 5 einem Überhitzungsschutz ausgesetzt sind. Der Schritt S3 entspricht der Motorstromabweichungs-Potenzfunktions-Einstelleinrichtung 34, die in 1 dargestellt ist, und die Prozesse der Schritte S4 bis S7 entsprechen der Motorstrom-Obergrenzwert-Einstelleinrichtung 33.
Schließlich wird im Schritt S8 eine Spannung, die an den Motor 5 angelegt ist, so bestimmt, dass der Motorzielstrom, der im Schritt S5 bestimmt wird, mit dem erfaßten Motorstrom übereinstimmt, wobei zum Beispiel eine proportionale-integrale Steuerung oder dergleichen verwendet wird. Danach wird der Motor 5 von der Motoransteuerschaltung 4 angesteuert. Der Schritt S8 entspricht einem Prozeß durch die Motorstrom-Rückkopplungssteuereinheit 35, die in 1 dargestellt ist.
Wie beschrieben wird gemäß der Ausführungsform 1 der geeignete Überhitzungsschutz bereitgestellt und die Lenkunterstützungskraft wird in einem Bereich großer Ströme durch den Bereich kleiner Ströme ohne Zurücklassen einer zulässigen Dissipation angelegt.
Obwohl in der Ausführungsform 1 eine Gleichung 7 vorher ausgewertet wird, um in einem ROM gehalten zu werden, und die Motorstrom-Verringerungsrate ΔI durch Nachschlagen in der Tabelle erhalten wird, können diese Prozeduren durch einen Betrieb unter Verwendung einer geeigneten Gleichung verarbeitet werden.
Gemäß diesem Verfahren ist es möglich, die Motorstrom-Verringerungsrate unter Verwendung eines Mikroprozessors mit geringen Kosten in ausreichender Weise einzustellen und die Datenmenge, die in dem ROM gehalten wird, kann verringert werden.
Ferner kann die Gleichung 7 ungefähr durch polygonale Linien dargestellt werden. In diesem Fall kann die Datenmenge, die in einem ROM beispielsweise in einer Datentabelle gehalten wird, verringert werden.
Obwohl in der Ausführungsform 1 der Motorstrom-Obergrenzwert Imax auf Grundlage des Zielmotorstroms Ia ermittelt wird, kann der Motorstrom-Obergrenzwert Imax auf Grundlage des erfaßten Motorstroms, der von der Motorstrom-Erfassungseinrichtung 6 erhalten wird, bestimmt bzw. betrieben werden. Wenn zum Beispiel eine Abweichung zwischen dem Zielstrom und dem erfaßten Strom durch eine äußere Störung wie beispielsweise eine rückwirkende elektromotorische Kraft groß ist, kann in diesem Fall der geeignete Überhitzungsschutz bereitgestellt werden.
Ferner kann, wie in der herkömmlichen Einrichtung, ein Verfahren zum Verbessern eines Lenkempfindens, zum Beispiel eine Trägheitskompensation, verwendet werden. In diesem Fall kann der Motorstrom-Obergrenzwert auf. Grundlage einer Summe des Lenkkraft-Unterstützungsstroms und eines Trägheitskompensationsstroms oder auf Grundlage nur des Lenkkraft-Unterstützungsstroms bestimmt werden. Ferner kann eine obere Grenze in der Summe des Lenkkraft-Unterstützungsstroms und des Trägheitskompensationsstroms oder nur des Lenkkraft-Unterstützungsstroms eingestellt werden.
Obwohl der obere Grenzwert in dem Zielwert der Motorstrom-Rückkopplungssteuerung eingestellt wird, ist der obere Grenzwert äquivalent zu dem oberen Grenzwert der an den Motor 5 angelegten Spannung. In diesem Fall kann der Motorstrom durch eine offene Schleife gesteuert werden.
Ausführungsform 2
Obwohl in der Ausführungsform 1 die Motorstrom-Verringerungsrate für den Überhitzungsschutz als die Potenzfunktion der Abweichung zwischen dem Zielmotorstrom und dem Motorstrom-Referenzwert in der Gleichung 7 erhalten wird, wird die Motorstrom-Verringerungsrate aus einer Abweichung zwischen einer Potenzfunktion des Motorstroms und einem Motorstrom-Potenzfunktion-Referenzwert in der Ausführungsform 2 erhalten.
Weil der Aufbau einer Hardware und eines Programms einer elektrischen Lenk-Steuereinheit die gleichen wie diejenigen in der Ausführungsform 1 sind, wird eine Beschreibung weggelassen und nur ein Verfahren zum Bestimmen eines Motorstrom-Obergrenzwerts wird beschrieben.
Die Ausführungsform 2 wird unter Bezugnahme auf die 2 beschrieben.
6 ist ein Graph, der die Motorstromabweichungs-Potenzfunktion einer elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung erläutert.
7 ist ein Graph, der eine Überhitzungsschutzcharakteristik der elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung erläutert.
In der Ausführungsform 2 wird im Schritt S3 des in 2 dargestellten Flußdiagramms die Motorstrom-Verringerungsrate ΔI für einen Überhitzungsschutz aus der Abweichung der Potenzfunktion des Motorstroms Ia und des Motorstrom-Referenzwerts Iref gemäß zum Beispiel der folgenden Gleichung erhalten. ΔI = C4·(Irefn – Ia(k – 1)n), (Gleichung 10)wobei der Bezug C4 eine beliebige Konstante bezeichnet, und der Bezug Ia(k – 1) einen vorangehenden Zielmotorstrom bezeichnet.
Die Gleichung 10 kann in einem ROM als eine Datentabelle gehalten oder unter Verwendung einer Polynomapproximation bestimmt werden.
6 zeigt ein Beispiel eines Betriebs der Motorstrom-Verringerungsrate ΔI für den Fall, dass der Motorstrom-Referenzwert Iref 10A ist, ein maximaler Strom 60A ist und C4 so gewählt ist, dass ΔI zur Zeit eines Motorstroms von 40A die gleiche wie diejenige in der Ausführungsform 1 ist.
Ferner zeigt 7 ein Beispiel, bei dem der Motorstrom-Obergrenzwert aus der Motorstrom-Verringerungsrate, die in Gleichung 10 erhalten wird, in einer ähnlichen Weise zu derjenigen in der Ausführungsform 1 bestimmt wird. In der Ausführungsform 2 kann eine Motorstrom-Verringerungsratencharakteristik, die ähnlich zu derjenigen in der Ausführungsform 1 ist, wie aus den 6 und 7 bekannt, erhalten werden.
Wenn der Motorstrom-Referenzwert Iref so gewählt wird, dass er kontinuierlich in einer ähnlichen Weise zu derjenigen in der Ausführungsform 1 angelegt wird, werden ein Motor und eine Steuereinheit geschützt, so dass sie nicht zerstört werden, selbst wenn ein stationäres Lenken für eine lange Zeit wiederholt wird.
In der Ausführungsform 2 ist der Betrieb im Vergleich mit der Ausführungsform 1 vereinfacht und ein Mikroprozessor 3 mit geringeren Kosten als diejenigen der Ausführungsform 1 kann verwendet werden, um einen ähnlichen Effekt wie denjenigen in der Ausführungsform 1 zu erhalten.
Ausführungsform 3
In den Ausführungsformen 1 und 2 wird die Abweichung zwischen dem vorgegebenen Motorstrom-Referenzwert und dem Motorstrom der Rückkopplung unterzogen, um so den Motorstrom-Obergrenzwert allmählich auf den Motorstrom-Referenzwert zu verringern. In der Ausführungsform 3 wird der Motorstrom-Obergrenzwert positiv aus dem Motorstrom erhalten.
8 ist ein Flußdiagramm, das einen Betrieb der Software einer elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 zeigt eine Überhitzungsschutzcharakteristik der elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung.
Nachstehend wird der Betrieb der elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 3 unter Bezugnahme auf das in 8 gezeigte Flußdiagramm beschrieben. Die gleichen Bezugszeichen werden für Schritte des Betriebs, die ähnlich wie diejenigen in der Ausführungsform 1 sind, verwendet.
Die Schritte S1 und S2 und die Schritte S5 bis S9 sind ähnlich wie diejenigen in der Ausführungsform 1 und eine Beschreibung von diesen Abschnitten wird weggelassen. Im Schritt S4 wird eine Verzögerung I_lpf erster Ordnung einer Potenzfunktion des Motorstroms durch die folgende Gleichung bestimmt. I_lpf(k) = I_lpf(k – 1) + C5·(Ia(k – 1)n – I_lpf(k – 1)), (Gleichung 11)wobei C5 eine beliebige konstante bezeichnet und Ia(k – 1) einen vorangehenden Zielstrom bezeichnet.
In der Gleichung 11 kann Ia(k – 1)ⁿ in einem ROM als eine Datentabelle gehalten werden oder unter Verwendung einer Polynomapproximation bestimmt werden.
Ferner wird der Motorstrom-Obergrenzwert Imax aus der Verzögerung I_lpf erster Ordnung der Potenzfunktion des Motorstroms gemäß beispielsweise einer in 9 gezeigten Charakteristik erhalten.
Ein Grund, warum die Verzögerung erster Ordnung bereitgestellt wird, wird erläutert. In den Ausführungsformen 1 und 2 wird eine geeignete Zeitverzögerung zwischen der Anwendung des Motorstroms und der Verringerung des Motorstrom-Obergrenzwerts durch Integrieren der Verringerungsrate eingestellt. Wenn der Motorstrom-Obergrenzwert positiv aus dem Motorstrom in der Ausführungsform 3 erhalten wird, dann wird der Motorstrom unmittelbar verringert, wenn ein großer Strom angelegt wird, wodurch eine Gefahr dahingehend besteht, dass eine Lenkunterstützungskraft zur Zeit zum Beispiel des stationären Lenkens nicht aufrechterhalten wird. Deshalb wird der Motorstrom-Obergrenzwert berechnet, während eine vorgegebene Zeitverzögerung auf die Potenzfunktion des Motorstroms angewendet wird. Deshalb kann eine geeignete Lenkkraft zur Zeit des stationären Lenkens usw. aufrechterhalten werden.
In der Ausführungsform 3 können nicht nur Wirkungen, die ähnlich zu denjenigen in den Ausführungsformen 1 und 2 sind, erhalten werden, sondern auch die Berechnung wird im Vergleich mit der Ausführungsform 2 weiter vereinfacht. Ferner wird es einfach, eine periodische Charakteristik des Motorstrom-Obergrenzwerts einzustellen.
Ausführungsform 4
Nur ein Typ der Überhitzungsschutzcharakteristik des Motorstroms wird in den Ausführungsformen 1 bis 3 verwendet und eine Vielzahl von Überhitzungsschutzcharakteristiken werden in der Ausführungsform 4 umgeschaltet.
10 ist ein Flußdiagramm, das einen Betrieb der Software der elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung darstellt.
11 stellt eine Motoransteuerschaltung einer elektrischen Servolenkungs-Steuereinheit gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung dar.
In 11 bezeichnet ein Bezugszeichen 4 die Motoransteuerschaltung mit dem MOSFET Q1 bis Q4; ein Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Motor; und ein Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Batterie, die eine Spannung VB ausgibt. Ein Bezugszeichen VF bezeichnet eine Spannung in einer Richtung eines einfachen Flusses einer parasitären Diode des MOSFET. Bezugszeichen I1 und I2 bezeichnen Flußpfade des Motorstroms.
Die 12 zeigt eine Wellenform des Stroms durch die Motoransteuerschaltung, die in 11 dargestellt ist.
Wenn eine Brückenschaltung für die Motoransteuerschaltung 4 verwendet wird, gibt es viele Ansteuerverfahren. 20 ist ein Beispiel der Ansteuerverfahren, wobei ein Paar von oberen und unteren Schaltelementen in einer Flußrichtung einer PWM (Impulsbreitenmodulations-) Ansteuerung ausgesetzt werden und ein anderes Paar von oberen und unteren Schaltelementen ausgeschaltet werden. Nachstehend wird dieses Ansteuerverfahren als eine obere und untere PWM Ansteuerung bezeichnet. 21 zeigt eine Motorstromwellenform bei dem oberen und unteren PWM Ansteuern.
Ein anderes Verfahren, welches zum Beispiel in den 11 und 12 dargestellt ist, ist ebenfalls bekannt, wobei eine obere Seite eines Paars von Schaltelementen in einer Flußrichtung einer PWM Ansteuerung ausgesetzt wird und eine untere Seite des Paars von Schaltelementen ausgeschaltet wird und das andere Paar von Schaltelementen auf den oberen und unteren Seiten ausgeschaltet werden. Nachstehend wird dieses Ansteuerverfahren als eine einzelseitige PWM Ansteuerung bezeichnet. Die Ansteuerverfahren für Brückenschaltungen weisen jeweils Vorteile und Nachteile auf. Eine elektrische Servolenkungseinrichtung, die eine Vielzahl von Ansteuerverfahren verwendet und die Ansteuerverfahren umschaltet, ist ebenfalls bekannt.
Andererseits machen Ansteuerverfahren der Motoransteuerschaltung 4 einen Verlust der Motoransteuerschaltung 4 anders. Zum Beispiel ist bei der oberen und unteren PWM Ansteuerung, im Vergleich mit der einzelseitigen PWM Ansteuerung, ein Schaltverlust groß und eine Wärme ist ebenfalls stark. Demzufolge ist es in der elektrischen Servolenkungseinrichtung, die die Vielzahl von Ansteuerverfahren durch Umschalten der Vielzahl von Ansteuerverfahren verwendet, wünschenswert, Überhitzungsschutzcharakteristiken umzuschalten.
In der Ausführungsform 4 wird ein Beispiel beschrieben, bei dem eine Vielzahl von Ansteuerverfahren einer Brückenschaltung und einer Vielzahl von Überhitzungsschutzcharakteristiken umgeschaltet werden.
In der Zwischenzeit ist ein Aufbau der Hardware der elektrischen Lenk-Steuereinheit der gleiche wie derjenige, der in den Ausführungsformen 1 bis 3 beschrieben wird. Deshalb wird eine Beschreibung des Aufbaus weggelassen und nur ein Verfahren zum Betreiben eines Motorstrom-Obergrenzwerts wird beschrieben.
Nachstehend wird der Betrieb der Ausführungsform 4 unter Bezugnahme auf das in 10 dargestellte Flußdiagramm beschrieben. Die gleichen Bezugszeichen werden für Schritte verwendet, die ähnlich zu denjenigen in der Ausführungsform 1 sind.
Die Schritte S1 und S2 sind die gleichen wie diejenigen in der Ausführungsform 1 und eine Beschreibung wird weggelassen. Im Schritt S9 werden die Ansteuerverfahren für die Motoransteuerschaltung gemäß einem vorgegebenen Algorithmus gewählt.
Als nächstes wird in den Schritten S3 und S4 der Motorstrom-Obergrenzwert gemäß der Gleichungen 7 bis 9 bestimmt. Zu dieser Zeit wird im Ansprechen auf das im Schritt S9 gewählte Ansteuerverfahren eine Konstante C3, die eine Motorstrom-Verringerungsrate bestimmt, ein Motorstrom-Referenzwert Iref und ein Index n einer Exponentenfunktion umgeschaltet. Wenn zum Beispiel die obere und untere PWM Ansteuerung gewählt wird, dann wird, weil ein Verlust groß ist, die Konstante C3 erhöht und der Motorstrom-Referenzwert Iref wird verkleinert, so dass der Motorstrom-Obergrenzwert schnell und allmählich auf einen kleinen Strom verringert wird.
Wenn ferner die einzelseitige PWM Ansteuerung gewählt wird, weil der Verlust gering ist, wird die Konstante C3 verringert und der Motorstrom-Referenzwert Iref wird erhöht, so dass sich der Strom-Obergrenzwert langsam und allmählich auf einen großen Strom verringert.
Schließlich wird in einer ähnlichen Weise zu derjenigen in der Ausführungsform 1 der Zielmotorstrom begrenzt, um der obere Grenzwert, der in den Schritten S3 und S4 erhalten wird, oder weniger in den Schritten S5 bis S7 zu sein und im Schritt S8 wird der Motor 5 durch das Ansteuerverfahren für die Motoransteuerschaltung, welches in dem Schritt S9 bestimmt wird, angesteuert.
Da in der Ausführungsform 4 die Überhitzungsschutzcharakteristiken im Ansprechen auf den Verlust der Motoransteuerschaltung 4 gewählt werden, ist es möglich, die Hardware auf einer Grenze zu verwenden, die ungefähr zu ihrem maximalen Leistungsvermögen ist.
Obwohl in der Ausführungsform 4 die Konstante C3, der Motorstrom-Referenzwert Iref und der Index n in den Gleichungen 7 bis 9 umgeschaltet werden und das Beispiel des Verfahrens zum Umschalten der Konstanten C3 und des Motorstrom-Referenzwerts Iref beschrieben werden, kann die Konstante C3 und/oder der Motorstrom-Referenzwert Iref und/oder der Index n umgeschaltet werden. In diesem Fall ist ein Programm weiter vereinfacht.
Ferner werden die Gleichungen 7 bis 9 in der Ausführungsform 1 verwendet, um den Motorstrom-Obergrenzwert in der Ausführungsform 4 zu bestimmen, wobei der Motorstrom-Obergrenzwert in einer ähnlichen Weise wie diejenige in der Ausführungsform 2 und 3 ermittelt werden kann.
Ausführungsform 5
Obwohl in den Ausführungsformen 1 bis 4 der Motorstrom-Obergrenzwert hauptsächlich aus dem Motorstrom, einer Temperatur eines vorgegebenen Abschnitts und einer Peripherie davon einer elektrischen Servolenkungseinrichtung erfaßt wird, wird der Motorstrom-Obergrenzwert in der Ausführungsform 5 aus dem Motorstrom und der erfaßten Temperatur bestimmt.
13 zeigt schematisch einen Aufbau der elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
In 13 bezeichnen die Bezugszeichen 1 bis 6, 10, 12, 31 und 33 bis 35 Abschnitte, die die gleichen wie diejenigen in 1 sind. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet eine Temperaturerfassungseinrichtung, die sich innerhalb einer elektrischen Servolenkungs-Steuereinheit 12 befindet.
14 ist ein Flußdiagramm, das einen Betrieb einer Software für die elektrische Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung darstellt.
Als nächstes wird der Betrieb gemäß der Ausführungsform 5 unter Bezugnahme auf das in 14 gezeigte Flußdiagramm beschrieben.
Die Schritte S1 und S2 sind ähnlich wie diejenigen in der Ausführungsform 1 und eine Beschreibung davon wird weggelassen. Im Schritt S10 wird der erfaßte Temperaturwert durch die Temperaturerfassungseinrichtung 13 gelesen.
In den Schritten S3 und S4 wird in einer ähnlichen Weise zu derjenigen in der Ausführungsform 1 der Motorstrom-Obergrenzwert gemäß der Gleichungen 7 bis 9 erhalten. Zu dieser Zeit werden eine Konstante C3 zum Bestimmen einer Motorstrom-Verringerungsrate, ein Motorstrom-Referenzwert Iref und ein Index einer Exponentenfunktion n im Ansprechen auf einen erfaßten Temperaturwert, der im Schritt S10 gelesen wird, umgeschaltet. Wenn zum Beispiel eine hohe Temperatur erfaßt wird, ist es erforderlich, einen Motorstrom-Obergrenzwert Imax schnell zu verringern, um eine Überhitzung zu schützen. Deshalb wird die Konstante C3 erhöht und der Motorstrom-Referenzwert Iref wird verkleinert. wenn ferner eine niedrige Temperatur erfaßt wird, wird die Konstante C3, weil ein Spielraum in der Temperatur vorhanden ist, verkleinert und der Motorstrom-Referenzwert Iref wird erhöht, so dass der Strom-Obergrenzwert nicht allmählich verringert wird.
In einer ähnlichen Weise zu derjenigen in der Ausführungsform 1 wird schließlich ein Zielmotorstrom auf einen oberen Wert, der in den Schritten S3 und S4 erhalten wird, oder weniger im Schritt S5 bis S7 begrenzt. Im Schritt S8 wird ein Motor 5 gemäß einem Ansteuerverfahren für eine Motoransteuerschaltung, die im Schritt S9 bestimmt wird, angesteuert.
Weil in der Ausführungsform 5 eine Überhitzungsschutzcharakteristik im Ansprechen auf die erfaßte Temperatur gewählt wird, ist es möglich, eine Hardware an einer Grenze zu verwenden, die ungefähr zu ihrem maximalen Leistungsvermögen ist.
Obwohl in der Ausführungsform 5 die Konstante C3, der Motorstrom-Referenzwert Iref und der Index n der Gleichungen 7 bis 9 umgeschaltet werden und das Beispiel des Verfahrens zum Umschalten der Konstanten C3 und des Motorstrom-Referenzwerts Iref beschrieben wird, kann nur die Konstante C3 und/oder der Motorstrom-Referenzwert Iref und/oder der Index n umgeschaltet werden. In diesem Fall wird ein Programm weiter vereinfacht.
Obwohl ferner die Gleichungen 7 bis 9, die in der Ausführungsform 1 beschrieben wurden, verwendet werden, um den Motorstrom-Obergrenzwert in der Ausführungsform 5 einzustellen, kann der Motorstrom-Obergrenzwert in einer ähnlichen Weise zu denjenigen in den Ausführungsformen 2 und 3 bestimmt werden.
Obwohl ferner in der Ausführungsform 5 die Temperatur gemessen wird, während die elektrische Servolenkung betätigt wird und zur Zeit der hohen Temperatur die Verringerungsrate erhöht wird oder der Motorstrom-Obergrenzwert verringert wird, kann die Temperatur nur zur Zeit eines Startens der elektrischen Servolenkungs-Steuereinheit 12 gemessen werden und eine Charakteristik zum allmählichen Verringern des Motorstroms kann im Ansprechen auf einen gemessenen Wert gemäß einer Arbeitsbedingung bestimmt werden. Weil die Temperatur ohne einen Einfluß einer Selbstwärme der elektrischen Servolenkungs-Steuereinheit 12 gemessen werden kann, ist es bei diesem Aufbau möglich, den gemessenen wert zu erhalten, der ungefähr einer Temperatur in einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs ist.
Obwohl ferner in der Ausführungsform 5 ein Temperaturdetektor 13 in der elektrischen Servolenkungs-Steuereinheit 12 installiert ist, um eine Temperatur innerhalb der elektrischen Servolenkungs-Steuereinheit 12 und eines Umfangs davon zu messen, kann der Temperaturdetektor in der Nähe des Motors 5 angeordnet sein, um die Temperatur innerhalb des Motors und einer Umgebung davon zu messen. Dieser Aufbau ist effektiv, wenn der Motor 5 eine Temperaturgrenze erreicht, bevor der Motor 5 seine Temperaturgrenze erreicht.
Ausführungsform 6
Obwohl in den Ausführungsformen 1 bis 5 nur ein Typ des Motorstrom-Obergrenzwerts zum Beispiel eingestellt wird, ist es möglich, einen Aufbau anzuwenden, bei dem ein Motorstrom-Obergrenzwert für jeden Abschnitt bestimmt wird, der einen Überhitzungsschutz erfordert, und einen einer Vielzahl von Motorstrom-Obergrenzwerten durch ein vorgegebenes Verfahren zu wählen. Die Ausführungsform 6 verwendet diesen Aufbau.
15 zeigt ein Flußdiagramm, das einen Betrieb einer Software für eine elektrische Servolenkungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung erläutert.
Nachstehend wird der Betrieb der Ausführungsform 6 unter Bezugnahme auf das in 15 dargestellte Flußdiagramm beschrieben. Die gleichen Bezugszeichen werden für Betriebsschritte verwendet, die ähnlich zu denjenigen in der Ausführungsform 1 sind. Weil ein Aufbau der Hardware der gleiche wie derjenige in der Ausführungsform 1 ist, wird ferner eine Beschreibung davon weggelassen.
Die Schritte S1 und S2 werden in einer ähnlichen Weise wie diejenigen in der Ausführungsform 1 verarbeitet. Danach werden in den Schritten S11 und S12 zum Beispiel eine Konstante C3, die für einen Überhitzungsschutz für eine elektrische Servolenkungs-Steuereinheit 12 geeignet ist, einen Motorstrom-Referenzwert Iref und ein Index einer Exponentenfunktion n auf die Gleichungen 7 bis 9 angewendet, um einen ersten Motorstrom-Obergrenzwert Imax1 zu betreiben. Als nächstes werden in den Schritten S13 und S14 zum Beispiel eine Konstante, die für einen Überhitzungsschutz für einen Motor 5 geeignet ist, ein Motorstrom-Referenzwert Iref und ein Index n einer Exponentenfunktion auf die Gleichungen 7 bis 9 angewendet, um einen zweiten Motorstrom-Obergrenzwert Imax2 zu bestimmen.
In den Schritten S15 bis S17 wird ein kleinerer oberer Grenzwert zwischen den Motorstrom-Obergrenzwerten Imax1 und Imax2, die in den Schritten S11 bis S14 erhalten werden, als ein Motorstrom-Obergrenzwert Imax für die elektrische Servolenkungseinrichtung gewählt. Danach werden die Schritte 55 bis S8 in einer ähnlichen Weise zu derjenigen in der Ausführungsform 1 verarbeitet.
Weil in der Ausführungsform 6 eine Überhitzungsschutzcharakteristik im Ansprechen auf einen Erwärmungsabschnitt der elektrischen Servolenkungseinrichtung gewählt wird, ist es möglich, die Hardware an einer Grenze zu verwenden, die ungefähr ihrem maximalen Leistungsvermögen entspricht.
In der Ausführungsform 6 wird aus zwei Typen der Überhitzungsschutzcharakteristiken einer gewählt. Wenn jedoch einer aus den Überschutzcharakteristiken von drei Typen oder mehr gewählt wird, ist es möglich, in feinabgestimmter Weise die Überhitzungsschutzcharakteristik ferner einzustellen. Zum Beispiel können Überhitzungsschutzcharakteristiken für jede Komponente wie einen Anker, einen Kommutator, jeweils des Motors 5, eine Motoransteuerschaltung 4 der elektrischen Servolenkungs-Steuereinheit 12 und einen Mikroprozessor 3 eingestellt werden.
Obwohl ferner in der Ausführungsform 6 der Motorstrom-Obergrenzwert gemäß der Gleichungen 7 bis 9, die in der Ausführungsform 1 offenbart sind, erhalten wird, kann der Motorstrom-Obergrenzwert in einer ähnlichen Weise wie diejenigen in den Ausführungsformen 2 bis 5 bestimmt werden oder andere Gleichungen können kombiniert werden. Wenn ferner eine Vielzahl von Motorstrom-Obergrenzwerten ermittelt werden, kann eine Vielzahl von Verringerungscharakteristiken durch Ändern von irgendwelchen Konstanten eingestellt werden.
Der erste Vorteil der elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Lenkunterstützungskraft angelegt werden kann, während der geeignete Überhitzungsschutz bereitgestellt wird.
Der zweite Vorteil der elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Berechnung vereinfacht werden kann.
Der dritte Vorteil der elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Berechnung leicht ausgeführt werden kann, weil die Potenzfunktion der Polynomapproximation ausgesetzt werden kann.
Der vierte Vorteil der elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Überhitzungsschutz im Ansprechen auf das Ansteuerverfahren der Motoransteuerschaltung ausgeführt werden kann.
Der fünfte Vorteil der elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die geeignete Lenkkraft zur Zeit des stationären Lenkens aufrechterhalten werden kann.
Der sechste Vorteil der elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Überhitzungsschutz im Ansprechen auf die gewünschte Temperatur ausgeführt werden kann.
Der siebte Vorteil der elektrischen Servolenkungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein weiter geeigneter Überhitzungsschutz ausgeführt werden kann.
Offensichtlich sind zahlreiche Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung angesichts der obigen Lehren möglich. Es ist deshalb selbstverständlich, dass innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche die Erfindung anders als speziell hier beschrieben umgesetzt werden kann.
Die gesamte Offenbarung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-134168, die am 8. Mai 2000 eingereicht wurde, einschließlich der Spezifikation, der Ansprüche, der Zeichnungen und der Zusammenfassung sind hiermit durch Bezugnahme Teil der vorliegenden Anmeldung.

Claims

Elektrische Servolenkungseinrichtung, die eine Lenkkraft durch einen Motor unterstützt, wobei die elektrische Servolenkungseinrichtung umfaßt: eine Motorstrom-Obergrenzwert-Einstelleinrichtung (33), die einen oberen Grenzwert (Imax) eines Motorstroms einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellen auf Grundlage einer Potenzfunktion des Motorstroms erfolgt, wobei ein Exponent der Potenzfunktion in einem Bereich von 1 < Exponent < 2 ist.
Elektrische Servolenkungseinrichtung, die eine Lenkkraft durch einen Motor unterstützt, wobei die elektrische Servolenkungseinrichtung umfaßt: eine Motorstrom-Obergrenzwert-Einstelleinrichtung (33), die einen oberen Grenzwert (Imax) eines Motorstroms einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellen auf Grundlage einer Potenzfunktion einer Abweichung zwischen dem Motorstrom und einem Motorstrom-Referenzwert erfolgt.
Elektrische Servolenkungseinrichtung, die eine Lenkkraft durch einen Motor unterstützt, wobei die elektrische Servolenkungseinrichtung umfaßt: eine Motorstrom-Obergrenzwert-Einstelleinrichtung (33), die einen oberen Grenzwert (Imax) eines Motorstroms einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellen auf Grundlage einer Abweichung zwischen einer Potenzfunktion des Motorstroms und einem Referenzwert der Potenzfunktion des Motorstroms erfolgt.
Elektrische Servolenkungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei ein Exponent der Potenzfunktion in einem Bereich von 1 < Exponent < 2 ist.
Elektrische Servolenkungseinrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: eine Motorstrom-Erfassungseinrichtung (6), die den Motorstrom erfaßt, wobei der Motorstrom ein Strom ist, der von der Motorstrom-Erfassungseinrichtung erfaßt wird.
Elektrische Servolenkungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Potenzfunktionen durch angenäherte Ausdrücke dargestellt werden.
Elektrische Servolenkungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend: eine Motoransteuerschaltung, die den Motor in einer Vielzahl von Moden ansteuert, wobei Konstanten der Potenzfunktionen im Ansprechen auf die Moden der Motoransteuerschaltung umgeschaltet werden.
Elektrische Servolenkungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Potenzfunktionen (I – lpf(k)) zeitlich um vorgegebene Funktionen verzögert werden, um den oberen Grenzwert (Imax) des Motorstroms einzustellen.
Elektrische Servolenkungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend: eine Temperaturerfassungseinrichtung (3), die Temperaturen von Abschnitten bezüglich eines Temperaturinkrements erfassen, wobei die Motorstrom-Obergrenzwert-Einstelleinrichtung den oberen Grenzwert (Imax) des Motorstroms im Ansprechen auf die von der Temperaturerfassungseinrichtung erfaßten Temperaturen einstellt.
Elektrische Servolenkungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Motorstrom-Obergrenzwert-Einstelleinrichtung eine Vielzahl von oberen Grenzwerten (Imax, Imax2) des Motorstroms unter Verwendung einer Vielzahl von Potenzfunktionen einstellt und einen der Vielzahl von oberen Grenzwerten des Motorstroms wählt.