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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem für eine elektrische Servolenkung.
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2. BESCHREIBUNG DES STANDES
DER TECHNIK
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6 zeigt ein konventionelles
Steuersystem einer elektrischen Servolenkung. 7 ist ein Blockschaltbild, das die Steuerung
im Steuersystem der elektrischen Servolenkung zeigt.
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Wie
in 6 dargestellt, befindet
sich ein Zahnrad 2 an einem Ende einer Antriebswelle 1,
die mit einem Lenkrad W verbunden ist. Eine Zahnstange 5 ist
an einer Strebe 4 angebracht, die mit Rädern 3R, 3L an
zwei Endabschnitten verbunden ist. Das Zahnrad 2 auf der
Antriebswelle 1 greift in die Zahnstange 5 auf
der Strebe 4.
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Ein
Elektromotor 6 ist mit einem Untersetzungsgetriebe 7 verbunden,
an dessen Abtriebswelle ein Zahnrad angebracht ist. Das Zahnrad
greift ebenfalls in die Zahnstange 5 auf der Strebe 4.
Eine Steuerung CT ist mit einer Lenkdrehmoment-Detektoreinrichtung 8 verbunden,
um ein Lenkdrehmoment zu erfassen, das auf die Antriebswelle 1 wirkt.
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Wie
es in 7 dargestellt
ist, verfügt
die Steuerung CT über
eine Basisunterstützungs-Befehlswert-Ermittlungseinrichtung 9 zum
Ermitteln eines Basisunterstützungs-Befehlswertes
in Abhängigkeit
eines Lenkdrehmomentsignals vom oben beschriebenen Sensor 8 und über eine
Lenkdrehmoment-Ableitungsbefehlswert-Ermittlungseinrichtung 10 zum
Ableiten des Lenkdrehmoment-Detektorsignals.
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Die
Steuerung CT enthält
zudem eine Leistungssteuereinrichtung 11 zum Steuern der
Leistung des Elektromotors 6. Die Leistungssteuereinrichtung 11 enthält einen
Motorstromverstärker 12 zum
Verstärken
eines Eingangssignals und einen Digital/Analog-Wandler 13 zum
Umwandeln eines Digitalsignals in ein Analogsignal. Die Einrichtung 11 kann
beispielsweise eine Impulsbreiten-Modulationsschaltung sein, die
aus einer Kombination der Motorstrom-Verstärkungseinrichtung 12 und
des DA-Wandlers 13 besteht.
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Um
die Leistung des Elektromotors 6 zu erfassen, verfügt die Leistungssteuereinrichtung 11 über eine
Abtriebsdrahtleitung, die mit einer Motorstrom-Detektoreinrichtung 14 verbunden
ist. Um ein Motorstrom-Detektorsignal von der Motorstrom-Detektoreinrichtung 14 zur
Steuerung CT zurückzusenden,
enthält
die Steuerung CT einen Analog-/Digitalwandler 15. Mit anderen
Worten wandelt der AD-Wandler 15 das Motorstrom-Detektorsignal
in analoger Gestalt in ein Digitalsignal um.
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Auf
diese Weise wird das Motorstrom-Detektorsignal unter Rückkopplungssteuerung
zurück
zur Steuerung CT gesendet.
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Mit
der oben beschriebenen Anordnung arbeitet das Steuersystem zum Steuern
des Elektromotors 6 wie folgt.
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Wie
in 7 dargestellt, wird
das Lenkdrehmoment-Detektorsignal von der Lenkdrehmoment-Detektoreinrichtung 8 in
die Basisunterstützungs-Befehlswert-Ermittlungseinrichtung 9 eingegeben.
Anschließend
gibt die Basisunterstützungs-Befehlswert-Ermittlungseinrichtung 9 ein
Basisunterstützungs-Befehlswertsignal
in Übereinstimmung
mit dem empfangenen Lenkdrehmoment-Detektorsignal aus. Das Lenkdrehmoment-Detektorsignal
wird zudem in die Lenkdrehmoment-Ableitungsbefehlswert-Ermittlungseinrichtung 10 eingegeben. Anschließend gibt
die Lenkdrehmoment-Ableitungsbefehlswert-Ermittlungseinrichtung 10 ein
Lenk drehmoment-Ableitungsbefehlswertsignal in Übereinstimmung mit dem empfangenen
Lenkdrehmoment-Detektorsignal aus. Das Lenkdrehmoment-Ableitungsbefehlswertsignal
wird dem oben erwähnten
Basisunterstützungs-Befehlswertsignal
hinzugefügt,
um ein Motorstrom-Befehlswertsignal zu erzeugen.
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Das
Basisunterstützungs-Befehlswertsignal und
das Lenkdrehmoment-Ableitungsbefehlswertsignal sind Digitalsignale.
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Die
Motorstrom-Detektoreinrichtung 14 erfaßt den Motorstrom, der von
der Leistungssteuereinrichtung 11 ausgegeben wird, und
sendet das erfaßte Motorstrom-Detektorsignal
zurück
zum Eingang der Leistungssteuereinrichtung 11 über den
AD-Wandler, der sich in der Steuerung befindet.
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Das
Motorstrom-Detektorsignal wird dem oben erwähnten Motorstrom-Befehlswertsignal
hinzugefügt,
um ein Motorstrom-Steuersignal zu erzeugen. Das Motorstrom-Steuersignal
wird in die Motorstrom-Verstärkungseinrichtung 12 in
der Leistungssteuereinrichtung 11 eingegeben. Die Motorstrom-Verstärkungseinrichtung 12 verstärkt das
empfangene Motorstrom-Steuersignal und gibt anschließend das
verstärkte
Motorstrom-Steuersignal in den DA-Wandler 13 ein.
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Der
DA-Wandler 13 gibt den Motorstrom gemäß dem verstärkten Motorstrom-Steuersignal an den
Elektromotor 6 aus.
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Auf
diese Weise steuert das Steuersystem der elektrischen Servolenkung
die Ströme
des Elektromotors 6 in Übereinstimmung
mit dem Lenkdrehmoment-Detektorsignal
und dem Motorstrom-Detektorsignal.
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Beim
oben beschriebenen Steuersystem der elektrischen Servolenkung wird
das Motorstrom-Befehlswertsignal in digitaler Form in die Steuerung
CT eingegeben. Das heißt,
das Motorstrom-Detektorsignal wird in ein Digitalsignal für das Hinzufügen zum Motorstrom-Befehlswertsignal
umgewandelt.
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Daher
ist es notwendig, das Motorstrom-Detektorsignal von analoger in
digitale Gestalt umzuwandeln. Der AD-Wandler 15 wandelt
das analoge Signal in ein digitales Signal wie folgt um.
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8 zeigt einen Graph, der
die Beziehung zwischen dem Eingangssignal vor der AD-Umwandlung
und dem Ausgangssignal nach der AD-Umwandlung darstellt, wobei das
Motorstrom-Detektorsignal betroffen ist. Insbesondere stellt in 8 die Horizontalachse das
Eingangssignal des Motorstrom-Detektorsignals und die Vertikalachse
das Ausgangssignal desselben dar.
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Die
Vollinie A in 8 stellt
die Ausgabe dar, wenn ein Analogsignal, das durch die Zweipunkt-Strichlinie
B dargestellt ist, in den AD-Wandler 15 eingegeben wird
und eine stufenartige Gestalt annimmt, wie dies in 8 gezeigt ist. Der Grund, weshalb des
Ausgangssignal eine derartige Stufengestalt annimmt, wird als nächstes beschrieben.
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Der
AD-Wandler 15 enthält
eine Konverterschaltung mit einer 10-Bit-Auflösung. Insbesondere ist die
Zahl der Teilungen eines Digitalsignals 210 = 1.024
Bits. Der Motorstrom wird im Bereich von –80A bis +80A in Übereinstimmung
mit dem Ausgabebereich des Motorstroms erfaßt. Somit führt der Änderungsumfang des Motorstroms
pro Bit zu 160 A/1.024 Bits = 0,156 A/Bit.
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Da
der Änderungsumfang
des Motorstroms pro Bit 0,156 A/Bit ist, wird 1 Bit jedesmal verschoben,
wenn sich das Motorstrom-Detektorsignal als Eingangssignal um 0,156
A ändert.
Wenn 1 Bit verschoben wird, erhöht
sich die Motorstrom-Detektorsignalausgabe
steil um 0,156 A. Mit anderen Worten nimmt, wenn sich das Motorstrom-Detektorsignal, das
analog eingegeben wird, fortwährend ändert, das Motorstrom-Detektorsignal,
das digital ausgegeben wird, nur alle 0,156 A diskrete Werte an.
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Die
Punkte der steilen Änderung
des Ausgabesignals, z.B. die Punkte a, b und c in 8, werden im folgenden "Wechselpunkte" genannt.
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Die
Tatsache, daß das
Motorstrom-Detektorsignal nach der AD-Umwandlung diskrete Werte
für den Änderungsumfang
annimmt, wie es oben beschrieben wurde, kann folgende Probleme verursachen.
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Wenn
ein Fahrzeug geradeaus fährt,
hält der Fahrer
das Lenkrad W etwa in der Mittenposition. Zu diesem Zeitpunkt greift
der Fahrer normalerweise das Lenkrad W lose und dreht, um genau
zu sein, das Lenkrad W wiederholt in sehr geringem Umfang nach rechts
oder links. Mit anderen Worten oszilliert der Fahrer das Lenkrad
W in Rechts-Linksrichtung in sehr geringem Umfang um die Mittenposition.
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Ein
derartiges Drehen des Lenkrades W in äußerst geringem Umfang, wie
es oben beschrieben wurde, bewirkt, daß sich das Motorstrom-Detektorsignal
in seiner Amplitude zwischen positiven Werten und negativen Werten
um den Nullpunkt ändert. Wenn
der oben beschriebene Wechselpunkt innerhalb des Amplitudenbereiches
des Motorstrom-Detektorsignals liegt, wiederholt das Ausgabesignal nach
der AD-Umwandlung
den steilen Anstieg und Abfall jedesmal, wenn das Motorstrom-Detektorsignal den
Wechselpunkt durchläuft.
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Weiterhin
wird, wie oben beschrieben, das Ausgangssignal nach der AD-Umwandlung
dem Motorstrom-Befehlswertsignal hinzugefügt, um das Motorstrom-Steuersignal
zu bilden. Wenn somit das Ausgangssignal nach der AD-Umwandlung
einen steilen Anstieg und Abfall wiederholt, wiederholt ebenfalls
das Motorstrom-Steuersignal einen steilen Anstieg und Abfall. Darüber hinaus
wiederholt auch der Motorstrom, der durch den Elektromotor fließt, einen
starken Anstieg und Abfall.
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Eine
derartige Wiederholung des steilen Anstiegs und Abfalls des Motorstroms
verursacht das Problem einer pulsierenden Bewegung, die im Lenkrad
W erzeugt wird. Wenn die pulsierende Bewegung im Lenkrad W erzeugt
wird, das sich etwa in der Mittenposition befindet, fühlt der
Fahrer ein Unbehagen an seinen Händen,
die das Lenkrad W greifen, weil nicht nur aufgrund eines geringen
Motorstroms, sondern auch einer geringen Lenkkraft und einer kleinen Reaktionskraft
von den fahrenden Rädern,
wenn sich das Lenkrad W etwa in der Mittenposition befindet, die
pulsierende Bewegung leicht auf die Fahrerhände übertragen werden, die das Lenkrad
W halten, selbst wenn sich der Motorstrom nur geringfügig ändert.
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Andererseits
ist es für
die Vermeidung einer pulsierenden Bewegung erforderlich, den Änderungsumfang
des Motorstroms pro Bit bei der AD-Umwandlung zu verringern. Eine
Idee für
die Verringerung des Änderungsumfangs
des Motorstroms pro Bit ist der Einsatz eines AD-Wandlers mit einer Auflösung von
mehr als 10 bit. Ein AD-Wandler mit mehr als 10 Bit Auflösung ist
jedoch teurer, wodurch die Kosten des Steuersystems für die elektrische Servolenkung
ansteigen. Daher kann ein teurer AD-Wandler nicht verwendet werden.
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Aus
der
DE 44 45 561 C2 ist
bereits ein Steuersystem für
eine elektrische Servolenkung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 bekannt. Auch bei diesem System treten die bekannten Schwierigkeiten
auf.
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ÜBERSICHT ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuersystem für eine elektrische
Servolenkung anzugeben, bei der, wenn ein Motorstrom-Detektorsignal
schwach ist, die Auflösung
des Signals erhöht wird,
um eine Steuerung zu erhalten, ohne daß eine pulsierende Bewegung
auftritt.
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Diese
Aufgabe wird für
ein gattungsgemäßes Steuersystem
durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 dargestellt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockschaltbild
einer ersten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung
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2 ist ein Graph, der die
Beziehung zwischen einem Eingangssignal und einem Ausgangssignal
zeigt, verursacht durch die AD-Wandlung gemäß der ersten Ausführungsform.
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3 ist ein Blockschaltbild
einer zweiten Ausführungsform.
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4 ist ein Blockschaltbild
einer dritten Ausführungsform.
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5 ist ein Graph, der die
Hysterese einer Motorsteuerung und eine Motorleistung zeigt.
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6 ist eine schematische
Darstellung eines herkömmlichen
Steuersystems.
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7 ist ein Blockschaltbild
eines herkömmlichen
Beispiels.
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8 ist ein Graph, der die
Beziehung zwischen einem Eingangssignal und einem Ausgangssignal
zeigt, verursacht durch die AD-Wandlung beim herkömmlichen
Beispiel.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform.
Nun folgt eine Beschreibung, die sich auf die Punkte konzentriert,
die sich von herkömmlichen
Beispiel unterscheiden, das oben erläutert wurde. Dieselben Bauteile,
wie jene beim herkömmlichen
Beispiel, sind mit denselben Bezugszeichen versehen, wobei auf deren
detaillierte Beschreibung verzichtet wird.
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Wie
in 1 dargestellt, enthält ein Steuersystem
für eine
elektrische Servolenkung eine Signalpegel-Entscheidungseinrichtung 16,
die ein Lenkdrehmoment-Detektorsignal von einer Lenkdrehmoment-Detektoreinrichtung 8 und
zudem ein Motorstrom-Befehlswertsignal empfängt. Die Signalpegel-Entscheidungseinrichtung 16 trifft
eine Entscheidung über
die Auswahl eines von zwei Signalpegeln für die Verwendung bei der Steueroperation
in Abhängigkeit
des Lenkdrehmoment-Detektorsignals oder
des Motorstrom-Befehlswertsignals, wobei die beiden Signalpegel
einen Referenzpegel und einen Verstärkungspegel bedeuten.
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Die
Signalpegel-Entscheidungseinrichtung 16 sendet ein Signalpegel-Entscheidungssignal
zum Kennzeichnen des gewählten
Signalpegels zu einer ersten Einstelleinrichtung 17, einer
zweiten Einstelleinrichtung 18 und einer dritten Einstelleinrichtung 19,
die unten beschrieben werden.
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Wie
in 1 dargestellt, ist
die erste Einstelleinrichtung 17 am Ausgang der Lenkdrehmoment-Ableitungsbefehlswert-Ermittlungseinrichtung 10 und
der Basisunterstützungs-Befehlswert-Detektoreinrichtung 9 vorgesehen.
Die erste Einstelleinrichtung 17 ist derart konfiguriert,
daß sie
die Auswahl des Referenzpegels oder des Verstärkungspegels für den Pegel
des Eingangssignals trifft. Die erste Einstelleinrichtung 17 wählt den
einen oder den anderen der beiden Signalpegel in Abhängigkeit
des Signalpegel-Entscheidungssignals.
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Wenn
bei der ersten Ausführungsform
der Referenzpegel gewählt
ist, multipliziert die erste Einrichtung 17 das Eingangssignal
mit einem Verstärkungsfaktor
1 für die
Ausgabe. Wie in 1 dargestellt,
ist ein Verstärker
vorgesehen, um das Eingangssignal mit 1 für die Ausgabe zu multiplizieren. Wenn
andererseits der Verstärkungspegel
gewählt ist,
multipliziert die Einrichtung 17 das Eingangssignal mit
einem Verstärkungsfaktor
4 für die
Ausgabe. Wie in 1 gezeigt,
ist ein Verstärker
für die
Multiplikation des Eingangssignals mit 4 für die Ausgabe vorhanden.
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Wenn
das Signalpegel-Entscheidungssignal den Referenzpegel anzeigt, wählt die
erste Einstelleinrichtung 17 den Referenzpegel. Das heißt, die
erste Einstelleinrichtung 17 multipliziert das Eingangssignal
mit 1 für
die Ausgabe. Wenn andererseits die Signalpegel-Entscheidungseinrichtung
den Verstärkungspegel
anzeigt, wählt
die erste Einstelleinrichtung 17 den Verstärkungspegel.
Das heißt
die erste Einstelleinrichtung 17 multipliziert das Eingangssignal
mit 4 für
die Ausgabe.
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Die
erste Einstelleinrichtung 17 gibt ein Motorstrom-Befehlswertsignal
aus, das aus einer Addition eines Lenkdrehmoment-Ableitungsbefehlswertsignals
und eines Basisunterstützungs-Befehlswertsignals
am Signalpegel resultiert, der ausgewählt wurde, wie es oben beschrieben
ist.
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Wie
in 1 dargestellt, befindet
sich die zweite Einstelleinrichtung 18 am Ausgang der Motorstrom-Detektoreinrichtung 14.
Wie bei der ersten Einstelleinrichtung 17, ist die zweite
Einstelleinrichtung 18 derart konfiguriert, daß sie einen
Referenzpegel oder einen Verstärkungspegel
für den
Signalpegel des Eingangssignals wählt.
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Insbesondere
wählt die
zweite Einstelleinrichtung 18 einen der beiden Signalpegel
in Abhängigkeit
des Signalpegel-Entscheidungssignals. Wenn das Signalpegel-Entscheidungssignal
den Referenzpegel anzeigt, multipliziert die zweite Einstelleinrichtung 18 das
Eingangssignal mit 1 für
die Ausgabe. Wenn die Signalpegel-Entscheidungseinrichtung andererseits
den Verstärkungspegel
anzeigt, multipliziert die zweite Einstelleinrichtung 18 das
Eingangssignal mit 4 für
die Ausgabe.
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Auf
diese Weise gibt die zweite Einstelleinrichtung das Motorstrom-Detektorsignal
in den AD-Wandler 15 mit dem oben gewählten Signalpegel ein.
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Das
Motorstrom-Befehlswertsignal ist ein Digitalsignal, aber das Motorstrom-Detektorsignal, das in
die zweite Einstelleinrichtung 18 eingegeben wird, ist
ein Analogsignal. Aus diesem Grund wird das Motorstrom-Detektorsignal,
das von der zweiten Einstelleinrichtung 18 ausgegeben wird,
in den AD-Wandler 15 eingegeben, der ein AD-Wandlerkreis
mit einer 10-Bit-Auflösung
enthält,
wie für
den Fall des herkömmlichen
Beispiels.
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Die
Steuerung CT enthält
weiterhin eine dritte Einstelleinrichtung 19, die ein Motorstrom-Steuersignal
empfängt,
das aus der Addition des Motorstrom-Befehlswertsignals und des Motorstrom-Detektorsignals
resultiert. Die dritte Einstelleinrichtung 19 stellt den
Signalpegel des Eingangssignals auf den Referenzpegel ein und gibt
das eingestellte Signal in den Motorstromverstärker 12 ein.
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Wenn
das Signalpegel-Entscheidungssignal den Referenzpegel anzeigt, multipliziert
die dritte Einstelleinrichtung 19 das Eingangssignal mit
1 für die
Ausgabe. Wenn andererseits die Signalpegel-Entscheidungseinrichtung
den Verstärkungspegel anzeigt,
teilt die dritte Einstelleinrichtung 19 das Eingangssignal
durch 4 für
die Ausgabe.
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Auf
diese Weise gibt die dritte Einstelleinrichtung 19 das
Motorstrom-Steuersignal mit dem Referenzpegel aus.
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Nun
erfolgt eine Erklärung,
weshalb die dritte Einstelleinrichtung 19 das Eingangssignal
durch vier teilt, wenn das Signalpegel-Entscheidungssignal das Verstärkungssignal
auf diese Weise anzeigt.
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Das
Signal, das in die dritte Einstelleinrichtung 19 eingegeben
wird, ist das Motorstrom-Steuersignal, das aus der Addition eines
Motorstrom-Befehlswertsignals und eines Motorstrom-Detektorsignals
resultiert. In diesem Fall wurde das Motorstrom-Befehlswertsignal
durch die erste Einstelleinrichtung 17 vervierfacht. Weiterhin
wurde das Motorstrom-Detektorsignal durch die zweite Einstelleinrichtung 18 vervierfacht.
Somit hat das Motorstrom-Steuersignal, das aus der Addition des
Motorstrom-Befehlswertsignals und des Motorstrom-Detektorsignals
resultiert, den vierfachen Signalpegel des Referenzpegels. Daher
dividiert die dritte Einstelleinrichtung 19 das Eingangssignal
durch einen Verstärkungsfaktor
von 4, um den Signalpegel des Eingangssignals auf den Referenzpegel
rückzustellen, und
gibt anschließend
das Eingangssignal aus.
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Die
Signalpegel-Entscheidungseinrichtung 16 wählt einen
Signalpegel in Abhängigkeit
des Lenkdrehmoment-Detektorsignals oder des Motorstrom-Befehlswertsignals
aus, wie es unten beschrieben wird.
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Wenn
das Lenkdrehmoment-Detektorsignal oder das Motorstrom-Befehlswertsignal
einen geringeren Wert als einen vorbestimmten Wert hat, gibt die
Signalpegel-Entscheidungseinrichtung 16 ein
Signal aus, um eine Auswahl des Verstärkungspegels zu kennzeichnen.
Der Zeitpunkt, zu dem das Lenkdrehmoment-Detektorsignal geringer ist als der
vorbestimmte Wert, ist der Zeitpunkt, zu dem sich das Lenkrad W
etwa in der Mittenposition befindet. Der Zeitpunkt, zu dem das Motorstrom-Befehlswertsignal geringer
ist als der vorbestimmte Wert, ist der Zeitpunkt, zu dem der Motorstrom-Befehlswert
in den Bereich von –20A
bis +20A fällt.
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Wenn
das Lenkdrehmoment-Detektorsignal im Gegensatz dazu einen größeren Wert
hat als der vorbestimmte Wert, gibt die Signalpegel-Entscheidungseinrichtung 16 ein
Signal für
die Kennzeichnung einer Auswahl des Referenzpegels aus. Der Zeitpunkt,
zu dem das Lenkdrehmoment-Detektorsignal größer ist als der vorbestimmte
Wert, ist der Zeitpunkt, wenn sich das Lenkrad W nicht in der Mittenposition
befindet, etwa dann, wenn das Lenkrad W gedreht wird. Der Zeitpunkt,
zu dem das Motorstrom-Befehlswertsignal größer ist als der vorbestimmte
Wert, ist der Zeitpunkt, zu dem der Motorstrom-Befehlswert in einen
Bereich von –80A
bis –20A
oder in den Bereich von +20A bis +80A fällt.
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Nun
folgt eine Beschreibung des Falls, wenn die Signalpegel-Entscheidungseinrichtung 16 einen Signalpegel
aus dem Lenkdrehmoment-Detektorsignal wählt.
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Wenn
bei der zuvor beschriebenen Anordnung das Lenkdrehmoment-Detektorsignal
geringer ist als der vorbestimmte Wert, ist es möglich, die Auflösung bei
der AD-Umwandlung bis zu viermal höher einzustellen, als beim
herkömmlichen
Beispiel, was im folgenden beschrieben wird.
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Bei
einem geringeren Lenkdrehmoment-Detektorsignal wird das Signalpegel-Entscheidungssignal
als ein Signal zum Kennzeichnen einer Auswahl des Verstärkungspegels
definiert, um es der zweiten Einstelleinrichtung 18 zu
gestatten, den Verstärkungspegel
zu wählen.
Das heißt
das Motorstrom-Detektorsignal, das durch die Motorstrom-Detektoreinrichtung 14 erfaßt wird,
wird vervierfacht und in den AD-Wandler 15 eingegeben.
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Ist
das Lenkdrehmoment-Detektorsignal geringer als der vorbestimmte
Wert, wie es oben beschrieben ist, vervierfacht die zweite Einstelleinrichtung 18 "von –20A bis
+20A", was der Erfassungsbereich
für den
Motorstrom ist. Somit führt
der Änderungsumfang
des Stromes pro Bit bei der AD-Umwandlung deutlich zu einem Wert,
der aus der Division des Stromerfassungsbereiches von –80 bis
+80A durch 1.024 Bits resultiert.
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Tatsache
ist jedoch, daß die
40A des oben genannten Erfassungsbereiches von etwa –20A bis +20A
durch 1.024 Bits geteilt werden. Dies geschieht, weil das vervierfachte
Signal in ein Digitalsignal umgewandelt und anschließend durch
einen Verstärkungsfaktor
von 4 durch die dritte Einstelleinrichtung 19 geteilt wird,
um zum Referenzpegel zurückzukehren.
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Demzufolge
ist bei der AD-Umwandlung der tatsächliche Änderungsumfang des Motorstroms
pro Bit 40A/1.024 Bits = 0,039 A/Bit.
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Wie
es beim herkömmlichen
Beispiel beschrieben wurde, ist der Änderungsumfang des Motorstroms
pro Bit normalerweise 0,156 A/Bit. Der Änderungsumfang des Motorstroms
bei der ersten Ausführungsform
beträgt
jedoch ein Viertel des Umfangs beim herkömmlichen Beispiel. Dies wird
weiter unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
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2 ist ein Graph für den Vergleich
der herkömmlichen
AD-Umwandlung und der Umwandlung bei der ersten Ausführungsform,
wenn das Motorstrom-Detektorsignal geringer ist als der vorbestimmte
Wert. Die Horizontalachse zeigt das Motorstrom-Detektorsignal in analoger Form und
die Vertikalachse das Motorstrom-Detektorsignal
in digitaler Form an.
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Die
Vollinie C in 2 repräsentiert
die Digitalsignalausgabe, die durch die AD-Umwandlung in der ersten Ausführungsform
umgewandelt wird, wobei das Analogsignal, das mit der Zweipunkt-Strichlinie
B gekennzeichnet ist, das Eingangssignal ist. Die Strichlinie D
in 2 stellt das Digitalsignal
dar, das durch die AD-Umwandlung
beim herkömmlichen
Beispiel umgewandelt wird, wie es in 8 dargestellt ist.
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Aus
Verständnisgründen ist
die Linie C unter der Annahme aufgetragen, daß das Signal durch die dritte
Einstelleinrichtung auf den Referenzpegel 19 rückgeführt wurde.
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Wie
es aus 2 deutlich wird,
ist jede Stufe auf der Vollinie C ein Viertel der Stufe der Strichlinie D,
was eine Ausgabe von Signalen in dichteren Intervallen als jene
beim herkömmlichen
Beispiel in Abhängigkeit
der Eingangssignale gestattet. Mit anderen Worten kann die Auflösung bei
der AD-Umwandlung viermal höher
sein als jene des herkömmlichen Beispiels.
Der Quantisierungsfaktor der Auflösung ist normalerweise der
Quantisierungsfaktor, der beim Verstärkungspegel eingestellt wird.
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Nun
folgt eine Beschreibung des Betriebs des Steuersystems der elektrischen
Servolenkung der ersten Ausführungsform.
Zunächst
dreht der Fahrer deutlich das Lenkrad W, so daß das Lenkdrehmoment einen
größeren Wert
annimmt als der vorbestimmte Wert. In diesem Fall wählt die
Signalpegel-Entscheidungseinrichtung 16 den Referenzpegel
und gibt das Signalpegel-Entscheidungssignal zum Kennzeichnen der
Wahl des Referenzpegels in die erste Einstelleinrichtung 17,
die zweite Einstelleinrichtung 18 und die dritte Einstelleinrichtung 19 ein.
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Auf
der Basis des empfangenen Signalpegel-Entscheidungssignals, wählen die
erste Einstelleinrichtung 17, die zweite Einstelleinrichtung
und die dritte Einstelleinrichtung 19 den Referenzpegel
für ein
Eingangssignal, um das Eingangssignal mit dem Referenzpegel auszugeben,
ohne den Signalpegel zu verändern.
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Aus
diesem Grund verändert
das Motorstrom-Befehlswertsignal, das aus der Addition des Lenkdrehmoment-Ableitungsbefehlswertes
und des Basisunterstützungs-Befehlswertes
resultiert, nicht den Referenzpegel und wird durch die erste Einstelleinrichtung
ausgegeben. Ein Motorstrom-Detektorsignal bewirkt ebenfalls keine
Veränderung
beim Referenzpegel und wird durch die zweite Einstelleinrichtung 18 dem
AD-Wandler 15 zugeführt.
Das Motorstrom-Detektorsignal, das vom AD-Wandler 15 ausgegeben
wird, wird dem Motorstrom-Befehlswertsignal hinzugefügt, um das
Motorstrom-Steuersignal zu erzeugen.
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Demzufolge
ist das resultierende Motorstrom-Steuersignal ebenfalls ein Digitalsignal
mit dem Referenzpegel.
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Die
dritte Einstelleinrichtung 19 gibt das Motorstrom-Steuersignal
mit dem Referenzpegel ohne eine Änderung
des Signalpegels an den Motorstromverstärker 12 weiter. Der
Motorstromverstärker 12 verstärkt das
Motorstrom-Steuersignal und gibt das verstärkte Signal in den DA-Wandler 13 ein.
Der DA-Wandler 13 gibt in Abhängigkeit der empfangenen Eingabe
den Motorstrom, der in ein Analogsignal umgewandelt wurde, an den
Elektromotor 6 aus.
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Wenn
das Lenkdrehmoment-Detektorsignal größer ist als der vorbestimmte
Wert, ist es auf diese Weise möglich,
eine ähnliche
Steuerung wie beim herkömmlichen
Beispiel auszuführen.
Da das Lenkdrehmoment-Detektorsignal stärker ist als der vorbestimmte
Wert, beeinträchtigt,
selbst wenn das Motorstrom-Detektorsignal geändert wird, um eine pulsierende
Bewegung zu erzeugen, die pulsierende Bewegung den Fahrer nicht.
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Nun
folgt eine Beschreibung des Falls, wenn der Fahrer das Lenkrad W
etwa in der Mittenposition hält.
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Der
Fahrer hält
das Lenkrad W etwa in der Mittenposition, so daß das Lenkdrehoment-Detektorsignal
einen geringeren Wert annimmt als der vorbestimmte Wert. Zu diesem
Zeitpunkt hat das Motorstrom-Detektorsignal einen Wert im Bereich
von –20A
bis +20A. Die Signalpegel-Entscheidungseinrichtung 16 wählt den
Verstärkungspegel
des Signals. Ein Signalpegel-Entscheidungssignal zum Kennzeichnen
der Auswahl des Verstärkungspegels wird
in die erste Einstelleinrichtung 17, die zweite Einstelleinrichtung 18 und
die dritte Einstelleinrichtung 19 eingegeben. Auf der Basis
des empfangenen Signalpegel-Entscheidungssignals wählen die
erste Einstelleinrichtung 17 und die zweite Einstelleinrichtung 18 den
Verstärkungspegel.
Die dritte Einstelleinrichtung 19 wählt die Einstellung zum Teilen
des Eingangssignals durch einen Verstärkungsfaktor von 4, um das
Eingangssignal so einzustellen, daß es den Referenzpegel hat.
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Nach
Durchlaufen der ersten Einstelleinrichtung 17 wird das
Motorstrom-Befehlswertsignal,
das aus der Addition des Lenkdrehmoment-Ableitungsbefehlswertes
und des Basisunterstützungs-Befehlswertes
resultiert, in ein Signal geändert,
das einen vierfach höheren
Pegel als der Referenzpegel hat.
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Die
zweite Einstelleinrichtung 18 stellt den Pegel des Motorstrom-Detektorsignals
viermal höher ein
als den Referenzpegel und führt
es dann dem AD-Wandler 15 zu. Das Signal aus dem AD-Wandler 15 wird
zum Motorstrom-Befehlswertsignal addiert, um das Motorstrom-Steuersignal
zu erzeugen.
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Somit
führt das
Motorstrom-Steuersignal zu einem Signal mit einem Pegel, der viermal
höher als der
Referenzpegel ist. Die dritte Einstelleinrichtung 19 dividiert
das Motorstrom-Steuersignal durch einen Verstärkungsfaktor von 4, um den
Pegel auf den Referenzpegel zu ändern.
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Zu
diesem Zeitpunkt wird das Motorstrom-Detektorsignal, das Teil des
Motorstrom-Steuersignals
ist, in ein Digitalsignal mit einer Auflösung konvertiert, die viermal höher ist
als bei den herkömmlichen
Beispielen, die oben beschrieben sind. Somit hat das Motorstrom-Steuersignal
eine Präzision,
die höher
ist als beim herkömmlichen
Beispiel in Übereinstimmung
mit der Änderung
des Motorstrom-Detektorsignals.
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Das
Motorstrom-Steuersignal, das auf den Referenzpegel rückgesetzt
wurde, wird durch den Motorstromverstärker 12 verstärkt. Das
verstärkte
Signal wird in den DA-Wandler 13 eingegeben.
Der DA-Wandler 13 gibt in Abhängigkeit des empfangenen Signals
den Motorstrom eines analogen Wertes an den Elektromotor 6 ab.
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Für den Fall,
daß das
Lenkrad etwa in der Mittenstellung positioniert ist, wird, wie es
oben beschrieben wurde, wenn das Motorstrom-Detektorsignal in ein
Digitalsignal umgewandelt wird, die Umwandlung mit einer Auflösung ausgeführt, die
viermal höher
ist als die herkömmliche
Auflösung.
Aus diesem Grund hat im Gegensatz zum herkömmlichen Beispiel das Motorstrom-Detektorsignal
in digitaler Form einen minimal steilen Anstieg und Abfall. Diese Minimierung
der steilen Änderungen
des Motorstrom-Detektorsignals und des Motorstrom-Steuersignals,
das aus dem Motorstrom-Detektorsignal und dem Motorstrom-Befehlswertsignal
besteht, führt ebenfalls
zu einem Signal, das strikter gesteuert wird als beim herkömmlichen
Beispiel. Diese striktere Steuerung des Motorstrom-Steuersignals
gestattet es, daß die
Motorstromabgabe in Übereinstimmung mit
dem Motorstrom-Steuersignal strikter gesteuert wird.
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Wenn
das Lenkrad W etwa in der Mittenposition gehalten wird, ist es demzufolge
möglich,
die pulsierende Bewegung zu minimieren.
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Bei
der ersten Ausführungsform
ist der Quantisierungsfaktor des Verstärkungspegels nicht auf 4 beschränkt, und
es kann eine gegebene reelle Zahl eingestellt werden. Der Quantisierungsfaktor des
Verstärkungspegels
kann auf einen Wert eingestellt werden, der die gesamte Motorstromabgabe durch
den Bereich der Motorstromabgabe dividiert, in dem die pulsierende
Bewegung erzeugt wird.
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Bei
der ersten Ausführungsform
enthalten die erste Einstelleinrichtung 17 und die zweite
Einstelleinrichtung 18 den Verstärker zum Multiplizieren des
Eingangssignals mit 1 und den Verstärker zum vervierfachen des
Eingangssignals. Die separaten Verstärker sind nicht begrenzt. Die
erste und die zweite Einstelleinrichtung 17 und 18 können jeweils einen
einzigen Verstärker
enthalten. Wenn ein einzelner Verstärker verwendet wird, ist der
Verstärker
derart eingerichtet, daß er
zwischen den Verstärkungsfaktoren
1 und 4 umgeschaltet werden kann. Das Umschalten ist so eingestellt,
daß es
durch das Signalpegel-Entscheidungssignal ausgeführt wird.
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Eine
zweite Ausführungsform,
die in 3 dargestellt
ist, hat zusätzlich
zur ersten Ausführungsform
folgende Konfiguration.
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Die
Basisunterstützungs-Befehlswert-Ermittlungseinrichtung 9 multipliziert
den Basisunterstützungs-Befehlswert
im Bezug auf das Lenkdrehmoment-Detektorsignal
in analoger Form N-mal und gibt den resultierenden Wert als ein
Basisunterstützungs-Befehlswert-Ermittlungssignal
in digitaler Form aus. Die Lenkdrehmoment-Ableitungsbefehlswert-Ermittlungseinrichtung 10 multipliziert
den Ableitungsbefehlswert im Bezug auf das Lenkdrehmoment-Detektorsignal
N-mal und gibt den resultierenden Wert als ein Lenkdrehmoment-Ableitungsbefehlswert-Ermittlungssignal
aus. Ein weiterer Signalverstärker 20 mit
einem Verstärkungsfaktor
N befindet sich am Ausgang des AD-Wandlers 15 zum Multiplizieren
des Motorstrom-Detektorsignals nach der AD-Umwandlung um das N-Fache.
Der Verstärkungsfaktor
N ist eine vorbestimmte reelle Zahl.
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Nun
folgt eine Beschreibung, die sich auf Punkte konzentriert, die von
der oben beschriebenen ersten Ausführungsform abweichen. Dieselben
Bauteile wie jene in der ersten Ausführungsform sind mit denselben
Bezugszeichen gekennzeichnet, wobei auf eine detaillierte Beschreibung
verzichtet wird.
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Die
Basisunterstützungs-Befehlswert-Ermittlungseinrichtung 9 spezifiziert
einen Basisunterstützungs-Befehlswert
im Bezug auf das Lenkdrehmoment-Detektorsignal
auf der Basis einer Tabelle zum Ermitteln der Basisunterstützungs-Befehlswerte. Mit der
oben beschriebenen Anordnung multipliziert die Basisunterstützungs-Befehlswert-Ermittlungseinrichtung 9 den
Basisunterstützungs-Befehlswert im Bezug
auf das Lenkdrehmoment-Detektorsignal N-mal und gibt das resultierende
Signal als Basisunterstützungs-Befehlswert-Ermittlungssignal
in digitaler Form aus. Somit ist es wie bei der AD-Umwandlung der
ersten Ausführungsform
möglich,
die Auflösung des
Basisunterstützungs-Befehlswertes
auf das N-Fache im Gegensatz zum herkömmlichen Beispiel zu erhöhen. In ähnlicher
Weise kann die Auflösung des
Lenkdrehmoment-Ableitungsbefehlswertes auf das N-Fache vergrößert werden.
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Ein
Motorstrom-Befehlswertsignal, das aus der Addition des Lenkdrehmoment-Ableitungsbefehlswert-Ermittlungssignals
und des Basisunterstützungs-Befehlswert-Ermittlungssignals
resultiert, wird in der Auflösung
ebenfalls um das N-Fache erhöht, wobei
der Signalpegel desselben jedoch der Referenzpegel ist.
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Gemäß der zweiten
Ausführungsform
können
der Basisunterstützungs-Befehlswert
und der Lenkdrehmoment-Ableitungsbefehlswert in der Auflösung um
das N-Fache erhöht
werden. Somit wird das Motorstrom-Detektorsignal strikter erfaßt als bei der
ersten Ausführungsform
und zusätzlich
das Motorstrom-Befehlswertsignal strikter gesteuert. Ein Signal,
das aus der Addition eines derartigen Motorstrom-Befehlswertsignals zum Motorstrom-Detektorsignal
resultiert, wird als Motorstrom-Steuersignal der
Leistungssteuereinrichtung 11 zugeführt. Diese Konfiguration erzielt
eine Steuerung mit einer minimalen pulsierenden Bewegung innerhalb
des Bereichs der vollen Abgabe des Motorstroms.
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Selbst
bei einer geringen Auflösung
der Motorstrom-Detektoreinrichtung 14 im Bezug auf den Motorstrom-Befehlswert,
gestattet es die Rückkopplungssteuerung
der Motorstrom-Detektoreinrichtung, einen Zwischenwert der Auflösung auszugeben,
was zu der strikten Abgabe des Motorstroms führt.
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Die
dritte Ausführungsform,
die in 4 gezeigt ist,
hat zusätzlich
zur zweiten Ausführungsform eine
Konfiguration, bei der ein Filter 21 am Ausgang vorgesehen
ist, der mit der Basisunterstützungs-Befehlswert-Ermittlungseinrichtung 9 und
der Lenkdrehmoment-Ableitungsbefehlswert-Ermittlungseinrichtung 10 verbunden
ist. Nun folgt eine Beschreibung, die sich auf Punkte konzentriert,
die von der zweiten Ausführungsform
abweichen. Dieselben Elemente, wie jene in der zweiten Ausführungsform,
sind mit denselben Bezugszeichen versehen, wobei auf eine detaillierte
Beschreibung verzichtet wird.
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Das
Filter 21 glättet
das empfangene Motorstrom-Befehlswertsignal für die Ausgabe. Somit kann das
Motorstrom-Befehlswertsignal in digitaler Form in derselben Weise
geglättet
werden wie ein Analogsignal.
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In
folge dessen ist das Motorstrom-Befehlswertsignal glatter als bei
der zweiten Ausführungsform.
Aufgrund des geglätteten
Motorstrom-Befehlswertsignals wird das Motorstrom-Steuersignal zu
einem geglätteten
Signal. Da ein derartiges Motorstrom-Steuersignal der Leistungssteuereinrichtung 11 zugeführt wird,
wird die Steuerung beinahe ohne pulsierende Bewegung erreicht, die
im Bereich der vollen Abgabe des Motorstroms erzeugt wird.
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Bei
der oben beschriebenen Anordnung befindet sich das Filter am Ausgang,
der mit der Basisunterstützungs-Befehlswert-Ermittlungseinrichtung 9 und
der Lenkdrehmoment-Ableitungsbefehlswert-Ermittlungseinrichtung 10 verbunden
ist, wobei das Filter auch minimal entweder am Ausgang der Basisunterstützungs-Befehlswert-Ermittlungseinrichtung 9 oder
der Lenkdrehmoment-Ableitungsbefehlswert-Ermittlungseinrichtung 10 vorgesehen
sein kann, sofern die Glättungswirkung
des Motorstrom-Befehlswertsignals erzeugt werden kann, auch wenn
sich das Filter 21 an einem dieser Ausgänge befindet.
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Weiterhin
kann das Filter 21, das in der dritten Ausführungsform
dargestellt ist, in der ersten Ausführungsform vorgesehen sein.
Insbesondere wenn das Filter in der ersten Ausführungsform unter den Bedingungen
vorgesehen ist, die in der dritten Ausführungsform dargestellt sind,
wird das Motorstrom-Befehlswertsignal geglättet, und daher ist das Motorstrom-Steuersignal
glatter. Daher kann im Gegensatz zur ersten Ausführungsform die pulsierende Bewegung
minimiert werden, wenn sich das Lenkrad W etwa in der Mittenposition
befindet. Weiterhin kann die Ausgabe der Motorspannung im Bereich
der vollen Abgabe des Motorstroms glatter sein.
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Bei
allen zuvor erwähnten
Ausführungsformen
kann die Signalpegel-Entscheidungseinrichtung 16 Hystereseeigenschaften
für Signalpegelermittlung haben.
Insbesondere wenn die Signalpegel-Entscheidungseinrichtung 16 den
Signalpegel in Abhängigkeit
des Lenkdrehoment-Detektorsignals oder des Motorstrom-Befehlswertsignals
umschaltet, wird das Umschalten vom Referenzpegel zum Verstärkungspegel
und das Umschalten vom Verstärkungspegel zum
Referenzpegel auf der Basis der unterschiedlichen Lenkdrehmoment-Detektorsignale
oder der Motorstrom-Befehlswertsignale durchgeführt, von denen jeweils der
Signalpegel umgeschaltet werden soll. Diese Anordnung wird im folgenden
beschrieben.
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5 ist ein Graph, der das
Eingangssignal und das Ausgangssignal bei der AD-Umwandlung zeigt, die durch den AD-Wandler 15 durchgeführt wird,
und der den Fall darstellt, bei dem der momentane Wert des Motorstrom-Detektorsignals
etwa im Bereich von 20A liegt. Wie in 5 dargestellt,
führt, wenn
das Eingangssignal stärker
als 20A ist, das Ausgangssignal zu einem Signal mit dem Referenzpegel,
der mit einer Vollinie gekennzeichnet ist. Wenn jedoch das Eingangssignal
schwächer
als 20A ist, führt
das Ausgangssignal zu einem Signal mit dem Verstärkungspegel, der mit einer
Strichlinie in 5 gekennzeichnet
ist. Wie in 5 dargestellt,
wird die Auflösung,
wie oben beschrieben, im AD-Wandler vervierfacht, wenn das Eingangssignal
schwächer als
20A ist.
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Weiterhin
kann, wie in 5 dargestellt,
das Ausgangssignal einen Graph haben, der mit einer Strichlinie
dargestellt ist. Der Graph, der mit der Strichlinie dargestellt
ist, zeigt ein Signal mit dem Referenzpegel. Das heißt, der
Graph für
den Referenzpegel ist zum Graph für den Verstärkungspegel um 0,156A erweitert.
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Der
Punkt h in 5 stellt
den Umschaltpunkt des Signalpegels vom Referenzpegel zum Verstärkungspegel
dar. Der Punkt e in 5 repräsentiert
den Umschaltpunkt des Signalpegels vom Verstärkungspegel zum Referenzpegel.
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Mit
der oben beschriebenen Anordnung wird der Betrieb wie folgt ausgeführt.
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Für den Fall,
bei dem das Eingangssignal ab Punkt d schwächer wird, wie es in 5 dargestellt ist, erreicht
das Ausgangssignal den Punkt f über
den Punkt e. Wenn bei diesem Punkt das Eingangssignal schwächer ist
als 20A, wird der Signalpegel nicht umgeschaltet, um zu bewirken,
daß das
Ausgangssignal den Punkt f umgeht. Wenn das Eingangssignal noch schwächer wird, ändert es
sich bis zum Punkt h. Wenn sich das Eingangssignal bei Punkt h befindet, schaltet
die oben beschriebene Anordnung den Signalpegel zum Verstärkungspegel
um.
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Für den Fall
jedoch, bei dem das Eingangssignal vom Punkt i stärker wird,
wie es in 5 gezeigt
ist, erreicht das Ausgangssignal den Punkt g über den Punkt h. Wenn das Eingangssignal
noch stärker
wird, ändert
es sich bis zum Punkt e. Befindet sich das Eingangssignal in Punkt
e, schaltet die oben beschriebene Anordnung den Signalpegel auf
den Referenzpegel um.
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Der
Grund, warum der Signalpegel am Punkt h umgeschaltet wird, wenn
das Ausgangssignal schwächer
ist als 20A, wie es oben beschrieben wurde, liegt darin, daß beim Umschalten
des Signalpegels bei Punkt e, wenn sich die Amplitude Ausgangssignal
im Bereich der Ausgabe des Punktes e ändert, steile Anstiege oder
Abfälle
in der Motorstromabgabe erzeugt werden.
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Wenn
das Ausgangssignal stärker
wird, wird der Signalpegel nicht bei Punkt h sondern bei Punkt e
umgeschaltet. Dies geschieht, weil steile Anstiege oder Abfälle in der
Motorstromabgabe erzeugt werden, wenn sich die Amplitude des Ausgangssignals um
den Punkt h ändert.
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Auf
diese Weise wird aufgrund der Hystereseeigenschaften, die bei der
Signalpegelermittlung angewandt werden, ein steiler Anstieg oder
Abfall der Motorstromabgabe am Umschaltpunkt des Signalpegels verhindert.
Selbst wenn sich die Amplitude der Motorstromabgabe am Umschaltpunkt
des Signalpegels ändert,
wird auf diese Weise keine pulsierende Bewegung im Lenkrad W erzeugt.
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- 8
- Lenkdrehmoment-Detektoreinrichtung
- 9
- Basisunterstützungs-Befehlswert-Ermittlungseinrichtung
- 10
- Lenkdrehmoment-Ableitungsbefehlswert-Ermittlungseinrichtung
- 11
- Leistungssteuereinrichtung
- 12
- Motorstromverstärker
- 13
- DA-Wandler
- 14
- Motorstrom-Detektoreinrichtung
- 15
- AD-Wandler
- 16
- Signalpegel-Entscheidungseinrichtung
- 17
- Erste
Einstelleinrichtung
- 18
- Zweite
Einstelleinrichtung
- 19
- Dritte
Einstelleinrichtung
- 20
- Signalverstärker
- 21
- Filter