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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer mittels
eines Motors (3) betriebenen Servolenkeinrichtung, z. B.
für Automobile.
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Aus
der
US 4 719 396 ist
eine Servolenkvorrichtung für
ein Fahrzeug bekannt mit einer Energiequelle, einem mit der Lenkvorrichtung
verbundenen Motor, einer Motorbetätigungseinrichtung zur Umwandlung
der Spannung aus der Energiequelle in einem vorbestimmte Spannung
und zum Anlegen der umgewandelten Spannung an Gates von Schaltelementen
der Motorbetätigungseinrichtung,
und mit einem Steuermittel zur Steuerung der Motorbetätigungsschaltung
derart, dass die Spannung der Energiequelle angehoben wird, wenn
die Drehzahl des Motors gleich einem vorbestimmten Wert ist, wobei das
Steuermittel die Drehzahl des Motors auf der Grundlage eines elektrischen
Stroms und einer Nennspannung des Motors betreibt. Dabei wird die an
den Motor angelegte Spannung in PWM-Technik durch eine Brückenschaltung
gesteuert innerhalb eines Bereiches einer vom Anhebestromkreis nicht
beeinflussten Spannung der Batterie.
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Die
DE 37 11 099 C2 zeigt
eine Servolenkvorrichtung für
ein Fahrzeug, bei dem ein Motor durch ein PWM-Signal gesteuert wird.
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Ferner
ist eine herkömmliche
Servolenkvorrichtung aus der
JP 07-076 280 A bekannt und in
5 der
beiliegenden Zeichnungen näher
dargestellt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur Steuerung einer mittels eines Motors betriebenen Servolenkeinrichtung zu
schaffen, bei welcher bei einem vergleichsweise einfachen Aufbau
ein ausreichendes Drehmoment für
den Motor unter verschiedenen Lenkbedingungen und ein hoher Wirkungsgrad
der Servolenkung erreicht werden.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe jeweils mit einer Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis
3 gelöst.
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Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den jeweils nachgeordneten Patentansprüchen 4 bis
11.
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Nach
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkungssteuerungsvorrichtung geschaffen,
welche umfasst: eine Energiequelle; einen Motor, der mit einem Lenkungssystem
verbunden ist; eine Motorbetätigungsschaltung,
welche die Spannung einer Energiequelle in eine vorbestimmte Spannung
umwandelt, und die umgewandelte Spannung an den Motor anlegt; und
ein Mittel zur Steuerung der Motorbetätigungsschaltung, wobei das Steuerungsmittel
die Motorbetätigungsschaltung
so steuert, dass die Spannung der Energiequelle angehoben wird,
wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Motors größer oder gleich einem vorbestimmten
Wert ist.
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Nach
einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkungssteuerungsvorrichtung
geschaffen, bei welcher das Steuerungsmittel die Rotationsgeschwindigkeit
des Motors auf der Grundlage eines elektrischen Stroms und einer
dem Motor eingeprägten
Spannung betreibt.
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Nach
einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkungssteuerungsvorrichtung geschaffen,
welche umfasst: eine Energiequelle; einen mit einem Lenkungssystem
verbundenen Motor; eine Motorbetätigungsschaltung,
welche die Spannung der Energiequelle in eine vorbestimmte Spannung umwandelt
und die umgewandelte Spannung an den Motor anlegt; und ein Mittel
zum Steuern der Motorbetätigungsschaltung,
wobei das Steuerungsmittel die Motorbetätigungsschaltung steuert, indem ein
elektrischer Strom des Motors so gesteuert wird, dass er einen vorbestimmten
Sollwert annimmt, und die Spannung der Energiequelle anhebt, wenn
der elektrische Strom des Motors kleiner als der Sollwert ist, um
so den Motor zu betreiben.
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Nach
einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkungssteuerungsvorrichtung geschaffen,
umfassend: eine Energiequelle; einen mit einem Lenkungssystem verbundenen
Motor; eine Motorbetätigungsschaltung,
welche die Spannung der Energiequelle in eine vorbestimmte Spannung umwandelt,
und die umgewandelte Spannung an den Motor anlegt; und ein Mittel
zum Steuern der Motorbetätigungsschaltung,
wobei das Steuerungsmittel die Motorbetätigungsschaltung steuert, indem
der elektrische Strom des Motors auf einen vorbestimmten Sollwert
gesteuert wird, und die Spannung der Energiequelle angehoben wird,
wenn eine eingeprägte
Spannung, die an dem Motor angelegt ist, einen vorbestimmten Wert überschreitet,
um so den Motor zu betreiben.
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Nach
einem fünften
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkungssteuerungsvorrichtung geschaffen,
wobei die Motorbetätigungsschaltung gesteuert
wird, die Spannung der Energiequelle anzuheben, um den Motor zu
betreiben, wenn eine Schiedsbedingung oder Referenzbedingung zur
Anhebung der Energiequelle während
einer vorbestimmten Zeit oder länger
erfüllt
ist.
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Nach
einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkungssteuerungsvorrichtung
geschaffen, bei welcher der Motor ein Magnetfeld eines Permanentmagneten
verwendet.
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Nach
einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkungssteuerungsvorrichtung geschaffen,
bei welcher die Motorbetätigungsschaltung
mindestens einen ersten Wandler enthält, der mit der Energiequelle
verbunden ist, und eine mit dem Motor verbundene Brückenschaltung.
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Nach
einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkungssteuerungsvorrichtung geschaffen,
welche ferner umfasst: einen zweiten Wandler, welcher die Ausgangsspannung
aus dem ersten Wandler anhebt, um Schaltelemente, welche die Brückenschaltung
bilden, zu betreiben.
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Nach
einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkungssteuerungsvorrichtung
geschaffen, bei welcher die Schaltelemente auf einer Seite der Energiequelle
unter den Schaltelementen, welche die Brückenschaltung bilden, durch den
zweiten Wandler betrieben werden.
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Nach
einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkungssteuerungsvorrichtung
geschaffen, bei welcher das Steuerungsmittel zumindest die Eingangsspannung
des ersten Wandlers überwacht.
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Nach
einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkungssteuerungsvorrichtung geschaffen,
bei welcher das Steuerungsmittel zumindest die Ausgangsspannung
aus dem ersten Wandler überwacht.
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Nach
einem zwölften
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkungssteuerungsvorrichtung
geschaffen, bei welcher das Steuerungsmittel die Ausgangsspannung
aus dem ersten Wandler so steuert, dass sie einen vorbestimmten
Sollwert hat.
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Nach
einem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkungssteuerungsvorrichtung
geschaffen, bei welcher das Steuerungsmittel so arbeitet, dass die
angehobene Spannung einen vorbestimmten Wert oder weniger hat.
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Nach
einem vierzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkungssteuerungsvorrichtung
geschaffen, bei welcher das Steuerungsmittel einen ersten Anhebungsvorgang
unterbricht, wenn beurteilt wird, dass der erste Wandler nicht normal
ist.
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Nach
einem fünfzehnten
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkungssteuerungsvorrichtung
geschaffen, bei welcher das Steuerungsmittel das Anlegen eines Stroms
an den Motor unterbricht, wenn beurteilt wird, dass der erste Wandler nicht
normal ist.
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Nach
einem sechzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkungssteuerungsvorrichtung
geschaffen, bei welcher die Energiequelle über ein Schaltmittel mit der
Motorbetätigungsschaltung
verbunden ist, und das Steuermittel einen Kontaktpunkt des Schaltmittels öffnet, wenn
beurteilt wird, dass der erste Wandler nicht normal ist.
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Nach
einem siebzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkungssteuerungsvorrichtung
geschaffen, bei welcher das Schaltverhältnis zum Betreiben der Schaltelemente
der Brückenschaltung
100% ist, wenn der erste Wandler betrieben wird, um die Spannung
anzuheben.
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Nach
einem achtzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkungssteuerungsvorrichtung
geschaffen, bei welcher Anschlüsse
von Dioden, welche den ersten Wandler bilden, kurzgeschlossen werden,
wenn der erste Wandler nicht betrieben wird, um die Spannung anzuheben.
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Nach
einem neunzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkungssteuerungsvorrichtung
geschaffen, bei welcher die Dioden, welche den ersten Wandler bilden,
parasitäre
MOSFET-Dioden sind.
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Nach
einem zwanzigsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkungssteuerungsvorrichtung
geschaffen, bei welcher das Steuerungsmittel den elektrischen Strom
des Motors so steuert, dass er einen vorbestimmten Sollwert hat,
durch Pulsbetätigung
bzw. Pulsansteuerung des ersten Wandlers und/oder der Brückenschaltung.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Steuerung einer mittels eines Motors betriebenen Servolenkeinrichtung sind
im folgenden anhand von 1 bis 4 der beigefügten Zeichnungen
näher beschrieben.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
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2 ein
Flussdiagramm zur Erläuterung der
Wirkungsweise der Vorrichtung nach 1;
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3 ein
Diagramm zur Darstellung der Charakteristik des Motors der Ausführungsform
nach 1;
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4 ein
Blockschaltbild einer von einer Steuerungseinrichtung gesteuerten
Motor-Treiberschaltung
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
und
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5 ein
Blockschaltbild einer herkömmlichen
Servolenkvorrichtung.
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Im
folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 4 der
Zeichnungen näher
beschrieben. Darin werden für
gleiche oder ähnliche
Bauelemente bzw. Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet, so
dass sich eine Wiederholung einer eingehenden Beschreibung dieser
Bauelemente bzw. Baugruppen im Zuge der Erläuterungen zu bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung erübrigt.
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ERSTE AUSFÜHRUNG
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1 zeigt
eine Ausführung
der vorliegenden Erfindung. Die Bezugsziffer 1 bezeichnet
eine Batterie, und die Bezugsziffer 2 bezeichnet einen
ersten Wandler zur Anhebung der Spannung der Batterie 1,
wobei der erste Wandler aus einer Drosselspule 21, einem
ersten Schaltelement 22, einem zweiten Schaltelement 23 und
einem Kondensator gebildet wird. Die Bezugsziffer 3 bezeichnet
einen mit einem Lenkungssystem (nicht abgebildet) verbundenen Motor,
wobei der Motor ein Gleichstrommotor ist, der das Magnetfeld eines
Permanentmagneten verwendet. Die Bezugsziffer 4 bezeichnet
eine Brückenschaltung
zur reversiblen Betätigung
des Motors 3, die Bezugsziffer 5 bezeichnet eine
Motorstrom-Erfassungsschaltung
zur Erfassung des Stroms des Motors 3, die Bezugsziffer 6 bezeichnet
ein Relais, um die Zuführung
eines elektrischen Stroms zum ersten Wandler 2 oder der
Brückenschaltung 4 zu
gestatten oder zu unterbinden, und die Bezugsziffer 7 bezeichnet
eine Schnittstellenschaltung, um die verschiedenen oben beschriebenen
Schaltungen mit einem Mikro-Controller 8 zu verbinden.
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Der
Motor 3 wird durch den Mikro-Controller 8 abhängig von
den Lenkungsbedingungen durch einen Fahrer gesteuert. Im folgenden
wird der Betrieb des Mikro-Controllers 8 unter Bezugnahme
auf das Flussdiagramm der 2 beschrieben.
Das Programm der 2 ist in einem ROM (nicht abgebildet) gespeichert,
der in den Mikro-Controller 8 eingebaut ist, und wird periodisch
durch ein höheres
Programm ausgelesen bzw. aufgerufen.
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In
Schritt S1 wird der Motorstrom auf der Grundlage eines Sollstroms
des Motors einer Rückkopplungsregelung
bzw. – steuerung
unterzogen, eingestellt durch das Lenkdrehmoment, die Fahrzeuggeschwindigkeit
usw., so dass der Sollstrom mit dem durch die Motorstrom-Erfassungsschaltung 5 erfassten
elektrischen Strom übereinstimmt,
zum Beispiel entsprechend einem Algorithmus, wie einer PI-Steuerung
bzw. -Regelung. Diese Rückkopplungsregelung
ist bekannt und ihre Beschreibung wird daher weggelassen.
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Im
Schritt S2 wird durch das Vergleichen der Eingangsspannung Vi des
ersten Wandlers 2 mit der Ausgangsspannung Vo des ersten
Wandlers 2 ein Fehler des ersten Wandlers 2 beurteilt.
Wenn zum Beispiel Vo kleiner ist als Vi, wird ein Kurzschluss des ersten
Schaltelements 22 und ein Fehler, bei dem das Schaltelement 23 nicht
eingeschaltet wird, beurteilt.
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Wenn
der erste Wandler 2 normal ist, wird der Schritt S3 durchgeführt, um
zu beurteilen, ob oder ob nicht die Lenkgeschwindigkeit hoch ist.
Eine Abweichung der Rückkopplungsregelung
des Motorstroms wird verwendet, um die Lenkgeschwindigkeit zu beurteilen.
Wenn (Sollwert – Erfassungswert) > Beurteilungswert festgestellt
wird, wird die Lenkgeschwindigkeit als hoch beurteilt.
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Die
Beurteilung darüber,
ob oder ob nicht die Lenkgeschwindigkeit hoch ist, wird ausführlich beschrieben.
In 3 ist die Beziehung zwischen der Rotationsgeschwindigkeit
und dem elektrischen Strom in einem Fall gezeigt, bei dem die Spannung der
Energiequelle konstant ist und der Motorstrom des ein Magnetfeld
eines Magneten verwendenden Gleichstrommotors einer Rückkopplungsregelung unterzogen
wird, um einen konstanten I0 zu haben. Da die elektromotorische
Gegenkraft des Motors proportional zur Rotationsgeschwindigkeit
ist, wenn die Rotationsgeschwindigkeit N1 überschreitet, ist eine dem
Motor eingeprägte
Spannung bei einer Spannung gesättigt,
die im wesentlichen gleich ist wie die Spannung der Energiequelle,
und der elektrische Motorstrom nimmt mit zunehmender Rotationsgeschwindigkeit
ab. Daher, wenn die obige Abweichung zwischen dem Sollwert und dem
Erfassungswert einem vorbestimmten Beurteilungswert oder weniger annimmt,
ist die Rotationsgeschwindigkeit des Motors N1 oder mehr, wodurch
die Lenkgeschwindigkeit als hoch beurteilt wird.
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Die
in 3 beschriebene Beziehung wird durch eine Charakteristik
des Motors bestimmt. Ein Motor, der eine kleine Drehmomentkonstante
hat, gibt eine höhere
Leerlauf-Rotationsgeschwindigkeit aus,
und ein Motor mit einer großen
Drehmomentkonstante gibt eine niedrigere Leerlauf-Rotationsgeschwindigkeit
oder Drehzahl N0 aus. Ferner, um ein identisches Ausgangsdrehmoment
zu erhalten, erfordert der Motor mit kleiner Drehmomentkonstante
einen großen
elektrischen Strom, und der Motor mit großer Drehmomentkonstante erfordert
einen kleinen elektrischen Strom.
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Wie
beschrieben, wenn die Lenkgeschwindigkeit hoch ist, in anderen Worten
wenn ein Fahrer schnell lenkt, wird das Ausgangsdrehmoment des Motors
um ein Dekrement des Motorstroms verringert, wodurch die Lenkkraft
durch den Fahrer erhöht wird.
Um den Einfluss dieses Phänomens
zu verringern, kann ein Motor mit kleiner Drehmomentkonstante, welcher
eine höhere
Leerlauf-Rotationsgeschwindigkeit N0 ausgibt, verwendet werden.
In diesem Fall ist jedoch ein größerer elektrischer
Strom erforderlich, um das gleiche Motorausgangsdrehmoment zu erhalten,
wodurch der Wirkungsgrad verschlechtert wird.
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Dementsprechend
wird ein Motor mit größerer Drehmomentkonstante
verwendet, welcher eine kleinere Leerlauf-Rotationsgeschwindigkeit
N0 ausgibt, wobei wenn die Lenkgeschwindigkeit niedrig ist, es notwendig
ist, ein größeres Ausgangsdrehmoment
durch einen kleineren elektrischen Strom zu erhalten, und wenn die
Lenkgeschwindigkeit hoch ist, es notwendig ist einen Abfall des
Motorstroms aufgrund der elektromotorischen Gegenkraft zu verhindern,
indem die Energiequellen-Spannung angehoben wird. Obwohl der Wirkungsgrad
durch einen Verlust in dem für
die Anhebung der Energiequellen-Spannung verwendeten Wandler abgesenkt
wird, ist die Lenkgeschwindigkeit hoch, wenn der Fahrer wie oben
beschrieben schnell lenkt. Unter tatsächlichen Fahrtbedingungen ist
die Häufigkeit
des schnellen Lenkens niedrig, und daher ist die Häufigkeit
des Betreibens des Wandlers niedrig, wodurch der Wirkungsgrad im
Durchschnitt unter normalen Fahrtbedingungen verbessert wird.
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Um
die oben beschriebenen Zwecke zu erreichen, wird in den Schritten
S4 bis S7 der erste Wandler 2 betrieben, wenn im Schritt
S3 beurteilt wird, dass die Lenkgeschwindigkeit hoch ist. Im Schritt
S4 wird zunächst
das Relais 6 eingeschaltet. Als nächstes wird das erste Schaltelement 22 im Schritt
S5 durch Pulse betrieben, und im Schritt S6 wird das zweite Schaltelement 23 ausgeschaltet.
Das Schaltelement ist ein MOSFET, wodurch eine aufgrund seiner Struktur
auftretende parasitäre
Diode gleichrichtet, der erste Wandler wird als Anhebungs-Chopper
bzw. -Zerhacker, betrieben und die angehobene Spannung wird im Kondensator 24 gespeichert.
Die angehobene Spannung wird verwendet, um den Motor 3 über die
Brückenschaltung 4 zu betreiben,
um durch die angehobene Spannung die elektromotorische Gegenkraft
zu kompensieren, wodurch die Abweichung des Motorstroms in die Nähe von 0
kommt.
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Als
nächstes
wird im Schritt S7 die Brückenschaltung 4 eingeschaltet.
Wie unten beschrieben, wenn die Lenkgeschwindigkeit kleiner oder
gleich einem vorbestimmten Wert ist, wird der Motorstrom einer Rückkopplungsregelung
durch einen sogenannten PWM-Betrieb (Pulsbreitenmodulations-Betrieb) unterzogen.
Wenn jedoch in Schritt S3 beurteilt wird, dass die Lenkgeschwindigkeit
hoch ist, erreicht der Motorstrom den Sollwert nicht, obwohl die
Brückenschaltung 4 mit
einem Schaltverhältnis
von 100% betrieben wird. In diesem Fall wird die Brückschaltung 4 bei
einem Schaltverhältnis
von 100% betrieben. Dementsprechend ist es möglich, den Schaltverlust der
Brückenschaltung 4 auf
Null zu verringern, und der Wirkungsgrad wird weiter verbessert.
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Danach
bilden die Schritte S8 bis S11 einen Prozess, im Fall, dass im Schritt
S3 die Lenkgeschwindigkeit als niedrig beurteilt wird. Wie beschrieben
wird der Motorstrom durch den PWM-Betrieb der Brückenschaltung 4 der
Rückkopplungsregelung
unterzogen.
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Zunächst wird
im Schritt S8 ein Relais 6 eingeschaltet. Dann wird im
Schritt S9 das erste Schaltelement 22 ausgeschaltet, und
im Schritt S10 wird das zweite Schaltelement 23 eingeschaltet,
wodurch der Verlust im Schaltelement 23 unterdrückt wird. Schließlich wird
im Schritt S11 die Brückenschaltung 4 durch
Pulsbreitenmodulation mit einem vorbestimmten Schaltverhältnis betrieben.
Durch den obigen Betrieb wird die Rückkopplungsregelung des Motorstroms
erzielt, während
ein Verlust des ersten Wandlers 2 unterdrückt wird,
obwohl die Spannung nicht angehoben wird.
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Schließlich werden
die Schritte S12 bis S15 in dem Fall durchgeführt, dass im Schritt S2 ein
Fehler des ersten Wandlers 2 beurteilt wird. Zunächst wird
das Relais 6 im Schritt S12 ausgeschaltet, wodurch es möglich wird
ein Feuer und dergleichen für den
Fall zu verhindern, dass das Schaltelement 22 durch einen
Kurzschluss außer
Betrieb ist. Ferner wird im Schritt S13 das erste Schaltelement 22 ausgeschaltet,
und im Schritt S14 wird das zweite Schaltelement 23 ausgeschaltet,
wodurch der Motor 3 sicher ausgeschaltet wird. Schließlich wird
im Schritt S15 die Brückenschaltung 4 ausgeschaltet.
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Als
nächstes
wird eine Betätigungsschaltung bzw.
Betreiberschaltung der Brückenschaltung 4 beschrieben. 4 zeigt
eine Struktur der Betätigungsschaltung
der Brückenschaltung 4.
Die gleichen Bezugsziffern wie in 1 werden
für die
gleichen Abschnitte verwendet, und die Beschreibung dieser Abschnitte
wird nicht wiederholt. Die Bezugsziffern 71 bis 73 bezeichnen
Teile einer Schnittstellenschaltung 7, wobei die Bezugsziffern 71 eine
Schaltelement-Betätigungsschaltung
auf der Energiequellenseite bezeichnet, um einen MOSFET auf der
Energiequellenseite zu betätigen
bzw. betreiben, der die Brückenschaltung 4 bildet.
Die Bezugsziffer 72 bezeichnet eine Schaltelement-Betätigungsschaltung auf
der Masseseite, um einen MOSFET auf der Masseseite zu betätigen bzw.
zu betreiben. Die Bezugsziffer 73 bezeichnet einen zweiten
Wandler, der eine Energiequelle der Schaltelement-Betätigungsschaltung
auf der Energiequellenseite 71 bildet. Obwohl in 4 nur
eine Betätigungsschaltung
für einen
einzigen Arm der Brückenschaltung 4 dargestellt
ist, ist die Betätigungsschaltung
für den
anderen Arm ähnlich
angeordnet.
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Wie
in 4 dargestellt, wird die Brückenschaltung 4 durch
einen N-Kanal MOSFET gebildet. Der MOSFET auf der Energiequellenseite
hat ein Source-Potential, das gleich der Ausgangsspannung Vo des
Wandlers 2 ist, wobei es notwendig ist eine höhere Spannung
als Vo an das Gate anzulegen. Dementsprechend wird die Ausgangsspannung
des ersten Wandlers 2 mit dem zweiten Wandler 73 verbunden,
um Vo anzuheben, und wird als Energiequelle für die Schaltelement-Betätigungsschaltung auf
der Energiequellenseite 71 verwendet. Andererseits, da
das Source des MOSFET auf der Masseseite ein Massepotential hat,
wird die Batterie 1 als Energiequelle für die Schaltelement-Betätigungsschaltung
auf der Masseseite 72 verwendet.
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Durch
Konstruktion der Betätigungsschaltung
der Brückenschaltung 4 wie
oben, ist es möglich die
MOSFETs, welche die Brückenschaltung 4 bilden,
mit ausreichender Stabilität
ein- und auszuschalten. Ferner, da der zweite Wandler mit dem MOSFET
auf der Energiequellenseite verbunden ist, ist es nicht erforderlich
irgend einen unnötigen
Wandler auf der Masseseite anzuordnen, wodurch ein System mit hohem
Wirkungsgrad aufgebaut werden kann.
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Wie
oben beschrieben, erzeugt die Lenkungssteuerungsvorrichtung nach
dieser Ausführung ein
ausreichendes Motordrehmoment, selbst wenn die Lenkgeschwindigkeit
hoch ist, und weist einen hohen Wirkungsgrad auf. Obwohl die Zahl
der Elemente verringert und unter Verwendung der parasitären Diode
des MOSFET als Gleichrichtdiode, und durch Ein- und Ausschalten
des MOSFET ansprechend auf den Anfang und das Ende der Anhebung, der
Zeitverlust zur Unterbrechung der Anhebung verringert ist, ist der
Wandler nicht auf diese Schaltungsstruktur beschränkt, und
andere Strukturen können die
oben erwähnten
Wirkungen erzielen.
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Ferner,
obwohl in der obigen Ausführung
die Anhebung unmittelbar begonnen wird, wenn die Abweichung des
Motorstroms den vorbestimmten Wert oder mehr annimmt, kann die Anhebung
von dem zweiten Wandler begonnen werden, wenn die obige Bedingung
eine vorbestimmte Zeit lang herrscht. In Übereinstimmung mit dieser Ausführung ist
es möglich
zum Zeitpunkt der Beurteilung der Bedingungen für die Anhebung ein Pendeln
zu verhindern.
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Ferner,
obwohl die Anhebung von dem ersten Wandler 2 begonnen wird,
wenn (Sollwert – Erfassungswert) > Beurteilungswert festgestellt
wird, und die Anhebung durch den ersten Wandler 2 unterbrochen
wird, wenn (Sollwert – Erfassungswert) ≤ Beurteilungswert
festgestellt wird, kann eine Struktur verwendet werden, so dass
einer Schiedsbedingung eine Hysterese gegeben wird, und ein zweiter
Beurteilungswert, welcher kleiner als der obige Beurteilungswert
ist, d.h. (Sollwert – Erfassungswert)
oder mehr wird als Bedingung für
die Unterbrechung der Anhebung durch den ersten Wandler 2 gewählt. In Übereinstimmung
damit ist es möglich,
zum Zeitpunkt der Beurteilung der Anhebungsbedingung ein Pendeln
zu verhindern.
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Ferner,
obwohl das PWM-Schaltverhältnis der
Brückenschaltung 4 zum
Zeitpunkt des Beginnens der Anhebung durch den ersten Wandler 2 100%
beträgt,
kann der PWM-Betrieb ansprechend auf ein Ergebnis eines Betriebs
der Stromrückkopplungsregelung
S1 fortgesetzt werden. In Übereinstimmung
damit ist es möglich
den Motorstrom mit hoher Genauigkeit zu steuern, wenn die Lenkgeschwindigkeit
hoch ist.
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Ferner
kann der Beurteilungswert zur Beurteilung der Lenkgeschwindigkeit
bei Schritt S3 ansprechend auf die Spannung der Energiequelle, den Motorstrom
usw. verändert
werden.
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Ferner,
wie aus 3 bekannt ist, nimmt N1 mit
abnehmendem I1 zu, und der Motorstrom ist unter einer weiteren,
höheren
Lenkgeschwindigkeit nicht niedriger als der Sollwert. In anderen
Worten, während
die Motorlast hoch und der Motorstrom groß ist, ist der Motorstrom niedriger
als der Sollwert bei einer weiteren niedrigen Lenkgeschwindigkeit,
wodurch ein Fehlen des Ausgangsdrehmoments aus dem Motor bei Niedriggeschwindigkeits-Betrieb
weiter auffällig
ist. In Übereinstimmung
damit kann eine Struktur, welche auf der Grundlage der Rotationsgeschwindigkeit
beurteilt, ob die Anhebung notwendig ist oder nicht, nur unter der
Bedingung des Niedriggeschwindigkeits-Betriebs gewählt werden.
In diesem Fall können
unnötige
Aktionen des Wandlers während
des Betreibens unterdrückt
werden, der Verlust wird weiter verringert, und ein System mit hohem
Wirkungsgrad kann konstruiert werden.
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Ferner,
obwohl die Betätigung
des Motors unterbrochen wird, wenn im Schritt S2 der obigen Ausführung beurteilt
wird, dass der erste Wandler 2 defekt ist, kann auch eine
Struktur gewählt
werden, welche nur den Anhebungsvorgang unterbricht, und der Betrieb
des Motors wird fortgesetzt. Ferner, wenn der Wandler defekt ist,
besteht die Möglichkeit,
den Fahrer durch eine Warnlampe oder dergleichen zu alarmieren.
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Ferner,
obwohl kein Sensor zur Erfassung des Lenkwinkels und der Rotationsgeschwindigkeit des
Motors verwendet wird, und die Beurteilung darüber, ob oder ob nicht die Rotationsgeschwindigkeit des
Motors hoch ist auf der Abweichung zwischen dem Sollwert und dem
Motorstrom beruht, um eine Kompaktheit des Systems und eine Kostenreduktion zusätzlich zu
den oben beschriebenen Wirkungen der Verbesserung des Systemwirkungsgrads
in der obigen Ausführung
zu erzielen, kann auch eine Struktur gewählt werden, bei welcher die
obigen Sensoren angeordnet sind, um zu beurteilen, ob oder ob nicht
die Anhebung notwendig ist, beruhend auf der Rotationsgeschwindigkeit,
die aus diesen Sensoren erhalten wird, wenn es nur darum geht, den
Systemwirkungsgrad zu verbessern, was die Hauptaufgabe der vorliegenden
Erfindung ist.
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ZWEITE AUSFÜHRUNG
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Obwohl
in der obigen Ausführung
der erste Wandler 2 nur beruhend auf dem Ergebnis des Betriebs
der Motorstrom-Rückkopplungsregelung
gestartet und unterbrochen wird, kann die Ausgangsspannung aus dem
ersten Wandler durch eine Rückkoppelungsregelung
auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden, um eine konstante
Spannung zu erhalten. Dementsprechend wird eine Spannung nach der
Anhebung stabilisiert, die Steuerbarkeit bzw. Regelbarkeit des Motors
wird weiter verbessert, und das Lenkgefühl in der Servolenkvorrichtung
wird verbessert.
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Ferner
kann der erste Wandler 2 so betrieben bzw. betätigt werden,
dass die Spannung Vo nach der Anhebung einen vorbestimmten Wert
oder weniger hat. Dementsprechend ist es möglich verschiedene Schaltungen,
an welche die Ausgangsspannung Vo aus dem ersten Wandler 2 angelegt wird,
vor einer Überspannung
zu schützen.
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DRITTE AUSFÜHRUNG
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Obwohl
in der obigen Ausführung
auf der Grundlage der Abweichung des elektrischen Stroms beurteilt
wird, ob der Anhebungsvorgang notwendig ist oder nicht, kann die
Notwendigkeit eines Anhebungsvorgangs beurteilt werden, wenn eine
einem Motor eingeprägte
Spannung größer oder
gleich einem vorbestimmten Wert ist. In anderen Worten, die eingeprägte Spannung
ist hoch in einem Fall, in dem eine Motorstrom-Rückkopplungsregelung ein PWM-Schaltverhältnis von
ungefähr
100% angibt, aufgrund eines Einflusses der elektromotorischen Gegenkraft
des Motors. Um in diesem Fall ein gewünschtes Motorausgangsdrehmoment
zu erhalten, ist es notwendig die eingeprägte Spannung weiter zu erhöhen. Daher,
wenn die eingeprägte
Spannung den vorbestimmten Wert oder mehr hat, wird der Anhebungsvorgang
durchgeführt.
In diesem Fall wird eine Spannung angehoben bevor eine Stromabweichung
erzeugt wird, wodurch das Lenkgefühl weiter verbessert werden
kann.
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Ferner,
durch Betreiben der elektromotorischen Gegenkraft aus der eingeprägten Spannung und
einem Motorstrom, und durch die Beurteilung, dass eine Rotationsgeschwindigkeit
hoch ist, wenn die elektromotorische Gegenkraft einen vorbestimmten
Wert oder mehr hat, wird die Beurteilungsgenauigkeit weiter verbessert.
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Der
erste Vorteil der Lenksteuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung
ist, dass da die Lenkungssteuerungsvorrichtung die Energiequelle
bzw. Spannungsversorgung umfasst, den mit dem Lenksystem verbundenen
Motor, die Motorbetätigungsschaltung,
welche die Spannung der Energiequelle in eine vorbestimmte Spannung
umwandelt und die Spannung an den Motor anlegt, und das Steuerungsmittel
zur Steuerung des Motorbetätigungsstroms, wobei
das Steuerungsmittel die Motorsteuerungsschaltung so steuert, dass
die Energiequellen-Spannung angehoben wird, wenn die Drehzahl des
Motors größer oder
gleich dem vorbestimmten Wert ist, ist es möglich die Energiequellen-Spannung nur in dem Fall
anzuheben, dass das aus dem Motor erzeugte Drehmoment aufgrund des
Einflusses der elektromotorischen Gegenkraft zu klein ist, welche
erzeugt wird durch eine hohe Drehzahl des Motors, welche tatsächlich eine
Anhebung der Spannung der Energiequelle erfordert, und daher kann
der Wirkungsgrad der Gesamtvorrichtung verbessert werden, indem
die Häufigkeit
der Anhebung verringert wird.
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Der
zweite Vorteil der Lenksteuerungsvorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung ist, dass weil das Steuerungsmittel die Umdrehungszahl
des Motors auf der Grundlage des elektrischen Stroms des Motors
und der eingeprägten
Spannung betreibt, es möglich
ist zu beurteilen, ob oder ob nicht die Rotationsgeschwindigkeit
des Motors hoch ist, ohne dass ein Rotationssensor usw. speziell
angebracht werden muss, und man erreicht eine Kompaktheit des Systems
und eine Kostenverringerung.
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Der
dritte Vorteil der Lenksteuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung
ist, dass weil die Lenksteuerungsvorrichtung die Energiequelle,
den mit dem Lenksystem verbundenen Motor, die Motorbetätigungsschaltung,
welche die Spannung der Energiequelle in eine vorbestimmte Spannung
umwandelt und die Spannung an den Motor anlegt, und das Steuerungsmittel
zur Steuerung der Motorbetätigungsschaltung
umfasst, wobei das Steuerungsmittel den elektrischen Strom des Motors
so steuert, dass er den vorbestimmten Sollwert annimmt, und die
Motorbetätigungsschaltung
so steuert, dass der Motor betrieben wird, indem die Spannung der
Energiequelle angehoben wird, wenn der Motorstrom niedriger als
der Sollwert ist, es möglich
ist die Spannung der Energiequelle nur in dem Fall anzuheben, dass
das von dem Motor erzeugte Drehmoment um den Einfluss der elektromotorischen
Gegenkraft zu klein ist, die durch eine hohe Drehzahl des Motors verursacht
wird, welche tatsächlich
die Anhebung der Spannung der Energiequelle erfordert, und man erhält eine
Verbesserung des Wirkungsgrads der Gesamtvorrichtung, indem die
Häufigkeit
der Anhebung verringert wird, man ist in der Lage zu beurteilen,
ob oder ob nicht die Drehzahl des Motors hoch ist, ohne dass ein
Rotationssensor usw. speziell angebracht werden muss, und man erzielt
darüber
hinaus eine Kompaktheit des Systems und eine Kostenverringerung.
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Der
vierte Vorteil der Lenksteuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung
ist, dass weil die Lenkungssteuerungsvorrichtung die Energiequelle umfasst,
den mit dem Lenksystem verbundene Motor, die Motorbetätigungsschaltung,
welche die Spannung der Energiequelle in eine vorbestimmte Spannung
umwandelt und die Spannung an den Motor anlegt, und das Steuerungsmittel
zur Steuerung der Motorbetätigungsschaltung,
wobei das Steuerungsmittel den elektrischen Strom des Motors so
steuert, dass er den vorbestimmten Sollwert annimmt, und die Motorbetätigungsschaltung
so steuert, dass der Motor betrieben wird durch Anhebung der Spannung der
Energiequelle, wenn die dem Motor eingeprägte Spannung größer oder
gleich dem vorbestimmten Wert ist, wird es möglich die Spannung der Energiequelle
nur in dem Fall anzuheben, dass das von dem Motor erzeugte Drehmoment
um den Einfluss der elektromotorischen Gegenkraft zu klein ist,
welche durch eine hohe Drehzahl des Motors bewirkt wird, welche
tatsächlich
die Anhebung der Spannung der Energiequelle erfordert, und man erzielt
die Wirkung, dass der Wirkungsgrad der Gesamtvorrichtung durch Verringerung
der Anhebungshäufigkeit
verbessert wird, man ist in der Lage zu beurteilen, ob oder ob nicht
die Drehzahl des Motors hoch ist, ohne dass ein Rotationssensor
usw. speziell angebracht werden muss, wodurch man erreicht, dass
das System kompakt wird und die Kosten verringert werden, und da weiterhin
die Spannung vor der Erzeugung einer Stromabweichung angehoben wird,
erzielt man auch eine Verbesserung des Lenkgefühls.
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Der
fünfte
Vorteil der Lenkungssteuerungsvorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung ist, dass weil die Motorbetätigungsschaltung gesteuert
wird den Motor so zu betätigen,
dass die Energiequellen-Spannung in dem Fall angehoben wird, dass
die Schiedsbedingung zur Anhebung der Energiequellen-Spannung eine
vorbestimmte Zeit oder länger anhält, es möglich ist,
dass bei der Beurteilung, ob die Spannung angehoben werden soll
oder nicht, ein Pendeln zu verhindern.
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Der
sechste Vorteil der Lenkungssteuerungsvorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung ist, dass weil der Motor ein Magnetfeld eines Permanentmagneten
verwendet, es möglich
ist ein großes Ausgangsdrehmoment
durch einen noch kleineren elektrischen Strom in dem Fall zu erzielen,
dass die Lenkungsgeschwindigkeit niedrig ist, und man erzielt eine
Verbesserung des Wirkungsgrads der Gesamtvorrichtung.
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Der
siebte Vorteil der Lenkungssteuerungsvorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung ist, dass weil die Motorbetätigungsschaltung gebildet wird,
indem mindestens der erste Wandler mit der Energiequellen-Spannung
und die Brückenschaltung
mit dem Motor verbunden werden, man erreicht, dass die Lenkungssteuerungsvorrichtung,
welche Vorwärts- und
Rückwärtsdrehungen
des Motors bewirkt, eine einfache Konstruktion haben kann.
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Der
achte Vorteil der Lenkungssteuerungsvorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung ist, dass weil der zweite Wandler zur weiteren Anhebung
der Ausgangsspannung aus dem ersten Wandler vorgesehen ist, um die
Schaltelemente zu betreiben, welche die Brückenschaltung bilden, man erreicht,
dass die Schaltelemente, welche die Brückenschaltung bilden, mit ausreichender
Stabilität
ein- und ausgeschaltet werden können.
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Der
neunte Vorteil der Lenkungssteuerungsvorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung ist, dass nur das Schaltelement auf der Energiequellenseite unter
den die Brückenschaltung
bildenden Schaltelementen durch den zweiten Wandler betätigt wird,
und man erreicht, dass ein System mit noch besserem Wirkungsgrad
konstruiert wird, ohne die Anordnung eines unnötigen Wandlers auf der Masseseite.
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Der
zehnte Vorteil der Lenkungssteuerungsvorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung ist, dass weil das Steuerungsmittel mindestens die Eingangsspannung
des ersten Wandlers überwacht,
man erreicht, dass ein Fehler des ersten Wandlers erfasst wird,
und eine geeignete Behandlung damit der erste Wandler abgeschnitten
wird, wird durchgeführt,
wenn der Fehler auftritt.
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Der
elfte Vorteil der Lenkungssteuerungsvorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung ist, dass weil das Steuerungsmittel mindestens die Ausgangsspannung
aus dem ersten Wandler überwacht,
man erreicht, dass ein Fehler des ersten Wandlers erfasst wird,
und eine geeignete Behandlung, so dass der erste Wandler abgeschnitten
wird, wird dann durchgeführt,
wenn der Fehler auftritt.
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Der
zwölfte
Vorteil der Lenkungssteuerungsvorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung ist, dass weil das Steuerungsmittel die Ausgangsspannung aus
dem ersten Wandler so steuert, dass sie den vorbestimmten Sollwert
hat, man erreicht, dass die Spannung nach der Anhebung stabilisiert
ist, die Steuerbarkeit bzw. Regelbarkeit des Motors verbessert wird,
und das Lenkgefühl
der Servolenkungsvorrichtung verbessert wird.
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Der
dreizehnte Vorteil der Lenkungssteuerungsvorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung ist, dass weil das Steuerungsmittel die angehobene Spannung
so steuert, dass sie kleiner gleich einem vorbestimmten Wert ist,
es möglich
wird zu verhindern, dass der erste Wandler eine unnötig hohe Spannung
erzeugt, und die Brückenschaltung
und weitere Schaltungen, denen die Ausgangsspannung aus dem ersten
Wandler zugeführt
wird, können
vor einer Überspannung
geschützt
werden.
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Der
vierzehnte Vorteil der Lenkungssteuerungsvorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung ist, dass weil das Steuerungsmittel den ersten Anhebungsvorgang
unterbricht, wenn beurteilt wird, dass der erste Wandler nicht normal
ist, es möglich
ist zu verhindern, dass die den ersten Wandler bildenden Elemente
rauchen, brennen, Feuer fangen usw.
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Der
fünfzehnte
Vorteil der Lenkungssteuerungsvorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung ist, dass das Steuerungsmittel ein Anlegen des elektrischen
Stroms an den Motor unterbricht, wenn beurteilt wird, dass der erste
Wandler nicht normal ist, und man erreicht eine geeignete Failsafe-Behandlung
der Unterbrechung der Systemsteuerung, wenn ein Fehler auftritt.
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Der
sechzehnte Vorteil der Lenkungssteuerungsvorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung ist, dass weil die Energiequelle mit der Motorbetätigungsschaltung über das
Schaltmittel verbunden ist, und ein Kontakt des Schaltmittels geöffnet wird,
wenn beurteilt wird, dass der erste Wandler nicht normal ist, man
noch frühzeitiger
einen Brand usw. in den Fällen verhindern
kann, dass das Schaltelement, welches die Motorbetätigungsschaltung
bildet, kurzgeschlossen oder anderweitig defekt ist.
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Der
siebzehnte Vorteil der Lenkungssteuerungsvorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung ist, dass weil das Schaltverhältnis zum Betreiben der Schaltelemente
der Brückenschaltung
in dem Fall, dass der erste Wandler betrieben wird, um die Spannung
anzuheben, 100% beträgt,
es möglich
ist den Schaltverlust der Brückschaltung
zu Null zu machen, womit der Wirkungsgrad weiter verbessert werden kann.
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Der
achtzehnte Vorteil der Lenkungssteuerungsvorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung ist, dass weil Anschlüsse
der Gleichrichterdioden, welche den ersten Wandler bilden, in dem
Fall, dass der erste Wandler nicht betrieben wird, um die Spannung
anzuheben, kurzgeschlossen sind, es möglich wird einen Verlust durch
die den ersten Wandler bildenden Elemente zu verhindern.
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Der
neunzehnte Vorteil der Lenkungssteuerungsvorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung ist, dass weil die den ersten Wandler bildenden Gleichrichterdioden
parasitäre
MOSFET-Dioden sind,
die Zahl der Elemente verringert werden kann, und ein zum Zeitpunkt
der Unterbrechung der Anhebung verursachter Verlust verringert werden
kann.
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Der
zwanzigste Vorteil der Lenkungssteuerungsvorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung ist, dass weil das Steuerungsmittel den Motorstrom so
steuert, dass er gleich dem vorbestimmten Sollwert ist, indem der
erste Wandler und/oder die Brückenschaltung
Puls-weise betrieben werden, konstant eine geeignete Stromsteuerung
bzw. -Regelung erzielt werden kann.