DE102004035024A1

DE102004035024A1 - Lenkvorrichtung mit variablem Übertragungsverhältnis

Info

Publication number: DE102004035024A1
Application number: DE102004035024A
Authority: DE
Inventors: Kenichiro Kariya Hidaka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-07-23
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2024-07-21
Also published as: DE102004035024A8; FR2857931A1; DE102004035024B4; JP2005041363A; JP4248960B2; US20050016788A1; FR2857931B1; US7195098B2

Abstract

Eine Lenkvorrichtung mit variablem Übertragungsverhältnis für ein Fahrzeug ist ausgeführt mit einer Eingangswelle, die mit einem Lenkrad des Fahrzeugs gekoppelt ist, einem Sensor zum Erfassen eines Drehwinkels der Eingangswelle, einer Abtriebswelle, die betriebsmäßig mit gelenkten Rädern des Fahrzeugs verbunden ist, einem Betätigungsorgan mit einem Elektromotor, der zum Variieren eines Übertragungsverhältnisses zwischen einem Drehwinkel der Abtriebswelle und dem Drehwinkel der Eingangswelle ausgelegt ist, und einem Controller. Genauer gesagt weist der Controller eine Solldrehwinkel-Berechnungseinheit, eine Differenzberechnungseinheit und eine Differenzbegrenzungseinheit auf, wodurch ein Drehwinkel eines Läufers des Elektromotors begrenzt wird. Bei einer solchen Ausgestaltung kann eine Drehgeschwindigkeit des Läufers des Elektromotors durch Begrenzen des Drehwinkels des Läufers begrenzt werden, und infolgedessen können hörbare Betriebsgeräusche, die aus dem Elektromotor entstehen, minimiert werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung mit variablem Übertragungsverhältnis für ein Fahrzeug, welche die Fähigkeit besitzt, das Übertragungsverhältnis eines Lenkwinkels für ein Lenkrad des Fahrzeugs zu variieren.

2 Darstellung des Standes der Technik

Bereits existierende Lenkvorrichtungen mit variablem Übertragungsverhältnis für Fahrzeuge sind in der Regel mit einer Eingangswelle, einer Abtriebswelle, einem Betätigungsorgan, einem Sperrstift, einer Magnetspule und einem Controller ausgeführt. Eine solche Lenkvorrichtung wird beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2001-278087 vorgeschlagen.

Bei dieser Vorrichtung ist die Eingangswelle mit einem Lenkrad des Fahrzeugs gekoppelt, und die Abtriebswelle ist mit gelenkten Rädern des Fahrzeugs betriebsmäßig verbunden. Das Betätigungsorgan weist einen zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle angeordneten Elektromotor auf. Der Elektromotor ist zum Variieren eines Übertragungsverhältnisses zwischen dem Drehwinkel der Abtriebswelle und dem Drehwinkel der Eingangswelle ausgelegt. Der Sperrstift ist dazu vorgesehen, die Eingangswelle mit der Abtriebswelle zu verbinden, und die Magnetspule ist zum Betätigen des Sperrstiftes ausgelegt, um die Verbindung der Eingangswelle mit der Abtriebswelle zu unterbrechen. Der Controller steuert die Ansteuerung des Elektromotors und der Magnetspule.

Insbesondere regelt der Controller den Drehwinkel eines Läufers des Elektromotors im Ansprechen auf die Fahrzeuggeschwindigkeit. Bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit steuert der Controller den Elektromotor mit einer hohen Drehgeschwindigkeit an, so daß das Lenken der gelenkten Räder des Fahrzeugs im wesentlichen mit einer kleinen Lenkradbewegung bewerkstelligt werden kann.

Wenn jedoch bei einer solchen Konfiguration die Drehgeschwindigkeit des Läufers des Elektromotors einen bestimmten Wert überschreitet, entstehen aus dem Elektromotor hörbare Betriebsgeräusche, was bei den Fahrzeuginsassen ein unangenehmes Gefühl erzeugt.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenkvorrichtung mit variablem Übertragungsverhältnis für ein Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, die hörbaren Betriebsgeräusche, die aus dem Elektromotor ihres Betätigungsorgans entstehen, zu minimieren.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Lenkvorrichtung mit variablem Übertragungsverhältnis für ein Fahrzeug mit einem Lenkrad und gelenkten Rädern eine Eingangswelle, einen Lenkwinkelsensor, eine Abtriebswelle, ein Betätigungsorgan und einen Controller auf.

Die Eingangswelle ist mit dem Lenkrad gekoppelt, und der Lenkwinkelsensor erfaßt einen Drehwinkel der Eingangswelle und erzeugt ein Signal, das den erfaßten Drehwinkel angibt. Die Abtriebswelle ist mit den gelenkten Rädern betriebsmäßig verbunden. Das Betätigungsorgan weist einen Elektromotor mit einem Läufer auf, wobei der Elektromotor zwischen die Eingangswelle und die Abtriebswelle geschaltet ist und zum Variieren eines Übertragungsverhältnisses zwischen einem Drehwinkel. der Abtriebswelle und dem Drehwinkel der Eingangswelle ausgelegt ist.

Der Controller weist eine Solldrehwinkel-Berechnungseinheit, eine Differenzberechnungseinheit und eine Differenzbegrenzungseinheit auf.

Die Solldrehwinkel-Berechnungseinheit berechnet in vorgegebenen Zeitabständen einen Solldrehwinkel des Läufers des Elektromotors gemäß dem Signal vom Lenkwinkelsensor, das den Drehwinkel der Eingangswelle angibt.

Die Differenzberechnungseinheit berechnet in den vorgegebenen Zeitabständen eine Differenz zwischen einem ersten Wert und einem zweiten Wert, die aus Werten für den Solldrehwinkel des Läufers, die von der Solldrehwinkel-Berechnungseinheit berechnet wurden, ausgewählt sind. Es ist anzumerken, daß der erste Wert um die vorgegebene Zeitspanne früher als der zweite Wert berechnet wird.

Die Differenzbegrenzungseinheit begrenzt die Differenz auf eine obere Grenze, wenn die von der Differenzberechnungseinheit berechnete Differenz einen vorgegebenen Bezugswert übersteigt.

Bei der oben beschriebenen Ausgestaltung entspricht die Differenz zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert des Solldrehwinkels des Läufers einer Drehgeschwindigkeit des Läufers. Somit kann die Drehgeschwindigkeit des Läufers des Elektromotors durch Begrenzen der Diffe renz mit Hilfe der Differenzbegrenzungseinheit begrenzt werden, wodurch die aus dem Elektromotor entstehenden, hörbaren Betriebsgeräusche minimiert werden.

Zusätzlich wird, wenn an dem Fahrzeug ein instabiler Zustand auftritt, ein Signal zum Herstellen des stabilen Zustands des Fahrzeugs an den Controller eingegeben. In diesem Fall ändert der Controller zwangsweise den Solldrehwinkel des Läufers, um den instabilen Zustand des Fahrzeugs zu unterdrücken, und hört auf, die Funktionen der Differenzbegrenzungseinheit auszuführen.

Bei einer solchen Ausgestaltung ist das Fahrzeug stabilisiert und infolgedessen die Sicherheit des Fahrzeugs gewährleistet.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und aus der beigefügten Zeichnung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die jedoch nicht als Einschränkung der Erfindung auf die konkrete Ausführungsform, sondern nur als erläuternd und das Verständnis unterstützend aufzufassen ist.
In der beigefügten Zeichnung zeigt:
1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Ausgestaltung eines Lenksystems eines Fahrzeugs, das eine Lenkvorrichtung mit variablem Übertragungsverhältnis gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist;
2A eine Axialschnittansicht einer Übertragungsverhältnis-Variiereinheit, die von der Lenkvorrichtung mit variablem Übertragungsverhältnis verwendet wird
2B eine axiale Endansicht eines Läufers eines von der Übertragungsverhältnis-Variiereinheit verwendeten Elektromotors;
3 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer Gesamtschaltungsanordnung der Lenkvorrichtung mit variablem Übertragungsverhältnis;
4 ein Funktions-Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Controllers der Lenkvorrichtung mit variablem Übertragungsverhältnis zum Begrenzen der Drehgeschwindigkeit eines Elektromotors der Übertragungsverhältnis-Variiereinheit; und
5 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Regelvorgangs, der von dem Controller der Lenkvorrichtung mit variablem Übertragungsverhältnis zum Begrenzen der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors verwendet wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Eine Lenkvorrichtung mit variablem Übertragungsverhältnis für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1–3 beschrieben.
1 zeigt eine Gesamtkonfiguration eines Lenksystems des Fahrzeugs einschließlich einer Lenkvorrichtung 1 mit variablem Übertragungsverhältnis, welche den Einschlagwinkel der gelenkten Räder 17 des Fahrzeugs im Ansprechen auf die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert.
Die Lenkvorrichtung 1 ist mit einem Controller 3, einer Eingangswelle 11, einer Übertragungsverhältnis-Variiereinheit 12, einer Abtriebswelle 13, einem Lenkwinkelsensor 6 und einem Einschlagwinkelsensor 14 ausgeführt.
Wie in 1 gezeigt ist, ist ein Lenkrad 10 des Fahrzeugs mit dem oberen Ende der Eingangswelle 11 ver bunden. Das untere Ende der Eingangswelle 11 ist über die Übertragungsverhältnis-Variiereinheit 12 betriebsmäßig mit dem oberen Ende der Abtriebswelle 13 verbunden. Die Einheit 12 variiert ein Übertragungsverhältnis zwischen dem Drehwinkel der Abtriebswelle 13 und dem Drehwinkel der Eingangswelle 11. Das untere Ende der Abtriebswelle 13 ist mit einem Ritzel (nicht dargestellt) verbunden, das im Inneren eines Lenkgetriebegehäuses 15 mit einer Zahnstange 16 in Eingriff steht. Darüber hinaus ist eine elektrische Servolenkvorrichtung (nicht dargestellt) im Inneren des Lenkgetriebegehäuses 15 vorgesehen, und das linke sowie das rechte Ende der Zahnstange 16 sind jeweils vermittels einer Kombination aus einer Spurstange (nicht dargestellt) und eines Achsschenkels (nicht dargestellt) mit dem entsprechenden gelenkten Rad 17 des Fahrzeugs verbunden.
Unter weiterer Bezugnahme auf 1 ist der Lenkwinkelsensor 6, der einen Lenkwinkel des Lenkrads 10 erfaßt, auf der Eingangswelle 11 angebracht, und der Einschlagwinkelsensor 14, der den resultierenden Einschlagwinkel der gelenkten Räder 17 erfaßt, ist an der Abtriebswelle 13 angebracht.
Demzufolge wird bei einer solchen Ausgestaltung der Lenkwinkel des Lenkrads 10 (im nachfolgenden als Lenkwinkel D1 des Fahrzeugs bezeichnet) durch den entsprechenden Drehwinkel der Eingangswelle 11 dargestellt, und der Einschlagwinkel der gelenkten Räder 17 (im nachfolgenden als Einschlagwinkel D2 des Fahrzeugs bezeichnet) durch den entsprechenden Drehwinkel der Abtriebswelle 13 dargestellt.
Zwei Signale, die den Lenkwinkel D1 des Fahrzeugs- bzw. den Einschlagwinkel D2 des Fahrzeugs angeben, werden vom Lenkwinkelsensor 6 bzw. vom Einschlagwinkelsensor 14 erzeugt und an den Controller 3 geleitet. Darüber hinaus werden Signale wie etwa ein Signal, das die Fahrzeuggeschwindigkeit V angibt, und ein Signal, das die Drehzahl der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs angibt, von einem bordeigenen LAN 7 an den Controller 3 geliefert.
Auf der Grundlage der zur Verfügung gestellten Signale werden vom Controller 3 Signale zum Regeln der Übertragungsverhältnis-Variiereinheit 12 erzeugt und ausgegeben. Genauer gesagt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V niedrig ist, regelt der Controller 3 die Übertragungsverhältnis-Variiereinheit 12 so, daß das Übertragungsverhältnis hoch sein kann, so daß mit einer kleinen Lenkradbewegung eine große Lenkbewegung der gelenkten Räder 17 bewirkt werden kann. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V hingegen hoch ist, regelt der Controller 3 die Übertragungsverhältnis-Variiereinheit 12 so, daß das Übertragungsverhältnis niedrig sein kann, so daß auch dann keine große Lenkbewegung der gelenkten Räder 17 bewirkt werden kann, wenn das Lenkrad 10 mit einer großen Bewegung beaufschlagt wird. Hierdurch kann ein stabiler Zustand des Fahrzeugs hergestellt werden.
Unter Bezugnahme auf 2A ist die Übertragungsverhältnis-Variiereinheit 12 mit einem Elektromotor 4 von dem allgemein bekannten bürstenlosen Typ und einem Untersetzungsgetriebe 5 versehen. Die Übertragungsverhältnis-Variiereinheit 12 variiert den Einschlagwinkel D2 des Fahrzeugs, indem sie den Elektromotor 4 auf der Grundlage von Signalen dreht, die vom Lenkwinkelsensor 6 sowie von dem bordeigenen LAN 7 geliefert werden. Der Elektromotor 4 weist einen Ständer 43 und einen Läufer 42 auf, die beide innerhalb eines Motorgehäuse 44 angeordnet sind. Darüber hinaus ist eine Magnetspule 2 an der oberen Innenwand des Motorgehäuse 44 vorgesehen. Die Magnetspule 2 verschiebt einen Sperrstift 21 im Ansprechen auf ein Steuersignal vom Controller 3 in einer zu einer Drehwelle 41 des Elektromotors 4 parallelen Richtung auf den Läufer 42 hin. Andererseits ist gemäß der Darstellung in 2B in gleichmäßigen Abständen am oberen Ende des Läufers 42 entlang des Umfangs eine Mehrzahl von Stiftlöchern 42a vorgesehen, von denen eines mit dem Sperrstift 21 in Eingriff treten soll.
Darüber hinaus ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Einschlagwinkelsensor 14 auf die obenstehend beschriebene Weise an der Abtriebswelle 13 angebracht, kann jedoch auch zum direkten Erfassen eines Ist-Drehwinkels der Drehwelle 41 zwischen dem Elektromotor 4 und dem Untersetzungsgetriebe 5 vorgesehen sein. In einem solchen Fall wird anstelle des Drehwinkels der Abtriebswelle 13 der erfaßte Drehwinkel der Drehwelle 41 an den Controller 3 geliefert.
Wenn bei dem obenstehend beschriebenen Lenksystem sowohl das Signal vom bordeigenen LAN 7, das die Fahrzeuggeschwindigkeit V angibt, als auch das Signal vom Lenkwinkelsensor 6, das den Lenkwinkel D1 des Fahrzeugs angibt, an den Controller 3 übermittelt werden, wird vom Controller 3 ein Solldrehwinkel D3 des Läufers 42 des Elektromotors 4 auf der Grundlage der empfangenen Signale berechnet. Anschließend wird ein PWM (Pulse-Width Modulation)-Signal, das einen Motorsteuerbefehl auf der Grundlage des berechneten Solldrehwinkels D3 angibt, vom Controller 3 an die Übertragungsverhältnis-Variiereinheit 12 übertragen. Gemäß dem Motorsteuerbefehl vom Controller 3 wird der Elektromotor 4 der Übertragungsverhältnis-Variiereinheit 12 angesteuert.
Genauer gesagt bestimmt der Controller 3 einen Soll-Einschlagwinkel D2 des Fahrzeugs auf der Grundlage des Lenkwinkels D1 des Fahrzeugs und des berechneten Soll drehwinkels D3 des Läufers 42 des Elektromotors 4. Des weiteren bestimmt der Controller 3 den Ist-Einschlagwinkel D2a des Fahrzeugs mit Hilfe des Einschlagwinkelsensors 14. Daraufhin führt der Controller 3 eine Rückführungsregelung durch, um den gelenkten Rädern 17 den Soll-Einschlagwinkel D2 zuverlässig zur Verfügung zu stellen. Während des vorausgehend beschriebenen Vorgangs befindet sich die Magnetspule 2 im "EIN"-Zustand, so daß der Sperrstift 21 mit keinem Stiftloch in Eingriff steht, d. h., die Verbindung des Läufers 42 des Elektromotors 4 mit dem Motorgehäuse 44 ist unterbrochen.
Wenn hingegen ein anormaler Zustand der Übertragungsverhältnis-Variiereinheit 12, z.B. ein Erdschluß der Magnetspule 2, vom Controller 3 erfaßt wird, wird ein Befehlssignal zum Beenden der Zufuhr von elektrischem Strom an die Magnetspule 2 vom Controller 3 ausgegeben. Daraufhin geht der Zustand der Magnetspule 2 zu "AUS" über, und der Sperrstift 21 der Übertragungsverhältnis-Variiereinheit 12 wird in einer zur Drehwelle 41 parallelen Richtung auf den Läufer 42 hin verschoben, wodurch der Sperrstift 21 mit einem der Mehrzahl von Stiftlöchern 42a in Eingriff gebracht wird. Infolgedessen ist der Läufer 42 mit dem Motorgehäuse 44 verbunden.
3 zeigt vereinfachend eine Gesamtschaltungsanordnung der Lenkvorrichtung 1 mit variablem Übertragungsverhältnis.
Gemäß der Darstellung in 3 ist die Magnetspule 2 mit einer Magnetansteuerschaltung 32 des Controllers 3 verbunden, die im nachfolgenden beschrieben ist. Der vorausgehend beschriebene Sperrstift 21 wird betätigt, indem im Ansprechen auf ein Ansteuersignal von der Magnetansteuerschaltung 32 ein elektrischer Strom an die Magnetspule 2 gelegt wird.
Wie vorstehend beschrieben, regelt der Controller 3 die Zufuhr von elektrischem Strom zur Magnetspule 2 und die Ansteuerung des Elektromotors 4 auf der Grundlage der vom Lenkwinkelsensor 6 und vom bordeigenen LAN 7 gelieferten Signale. Der Controller 3 ist mit einem Mikrocomputer 31, der Magnetansteuerschaltung 32, einem Relais 33, einer Ansteuerschaltung 34, einer Leistungsversorgungsschaltung 35, einer Spannungserfassungsschaltung 36, einer Stromerfassungsschaltung 37, einer Kommunikations-Schnittstelle (I/F; Interface) 38, einer Lenkwinkelerfassungsschaltung 39, einer Motoransteuerschaltung 50, einer weiteren Stromerfassungsschaltung 51, einer Motoranschluß-Spannungserfassungsschaltung 52, und einer Erfassungsschaltung 53 zum Erfassen eines elektrischen Winkels ausgeführt.
Der Mikrocomputer 31 erzeugt Steuersignale zum Steuern der Versorgung der Magnetspule 2 und des Elektromotors 4 mit elektrischem Strom auf der Grundlage der Signale vom Lenkwinkelsensor 6 und vom bordeigenen LAN 7.
Die Magnetansteuerschaltung 32, welche die Versorgung der Magnetspule 2 mit elektrischem Strom so steuert, daß der Sperrstift 21 im Ansprechen auf das Steuersignal vom Mikrocomputer 31 betätigt wird, ist über das Relais 33 mit einer Batterie 8 verbunden.
Das Relais 33 ist zwischen die Batterie 8 und die Magnetansteuerschaltung 32 geschaltet. Der "EIN"- und "AUS"-Zustand des Relais 33 entsprechen dem Zustand, in dem die Verbindung zwischen der Batterie 8 und der Magnetansteuerschaltung 32 hergestellt bzw. unterbrochen ist.
Die Ansteuerschaltung 34 stellt das Relais 33 gemäß dem Steuersignal vom Mikrocomputer 31 auf "EIN" oder "AUS".
Die Leistungsversorgungsschaltung 35 ist mit der Batterie 8 über einen Zündschalter 9 verbunden, wodurch der elektrische Strom von der Batterie 8 an den Mikrocomputer 31 geliefert wird.
Die Spannungserfassungsschaltung 36 erfaßt den Spannungswert der Batterie 8 und liefert ein Signal, das den erfaßten Spannungswert angibt, an den Mikrocomputer 31.
Die Stromerfassungsschaltung 37 liefert den elektrischen Strom von der Batterie 8 an die Motoransteuerschaltung 50, erfaßt den Wert des gelieferten elektrischen Stroms, und liefert ein Signal, das den erfaßten elektrischen Strom anzeigt, an den Mikrocomputer 31.
Die Kommunikations-I/F 38 wandelt Signale vom bordeigenen LAN 7, wie etwa das Signal für die Fahrzeuggeschwindigkeit V und das Motordrehzahlsignal, in entsprechende Signale um, die vom Mikrocomputer 31 erkannt werden können, und überträgt die umgewandelten Signale an den Mikrocomputer 31.
Um einen instabilen Zustand des Fahrzeugs zu unterdrücken, wandelt die Kommunikations-I/F 38 darüber hinaus Befehlssignale vom bordeigenen LAN 7 zum zwangsweisen Ändern des Solldrehwinkels D3 um, und überträgt die umgewandelten Befehlssignale an den Mikrocomputer 31. Ein solches Befehlssignal zum zwangsweisen Ändern des Solldrehwinkels D3 wird an die Kommunikations-I/F 38 geliefert, wenn beispielsweise an den gelenkten Rädern 17 des Fahrzeugs ein Schlupf aufgetreten ist.
Die Lenkwinkelerfassungsschaltung 39 wandelt das Signal vom Lenkwinkelsensor 6 in ein entsprechendes Lenkwinkelsignal um, das vom Mikrocomputer 31 erkannt werden kann, und überträgt das umgewandelte Lenkwinkelsignal an den Mikrocomputer 31.
Die Motoransteuerschaltung 50 weist sechs Schalttransistoren auf, die eine Dreiphasen-Brückenschaltung bilden, und steuert den Elektromotor 4 über eine Betriebssteuerung der sechs Schalttransistoren im Ansprechen auf das Steuersignal vom Mikrocomputer 31 an.
Die Stromerfassungsschaltung 51 erfaßt den Wert des durch die sechs Schalttransistoren der Motoransteuerschaltung 50 fließenden elektrischen Stroms und liefert ein Stromsignal, das den erfaßten Wert des elektrischen Stroms anzeigt, an den Mikrocomputer 31.
Die Motoranschluß-Spannungserfassungsschaltung 52 erfaßt den Wert der an den sechs Schalttransistoren anliegenden Spannung und liefert ein Spannungssignal, das den erfaßten Spannungswert angibt, an den Mikrocomputer 31.
Die Erfassungsschaltung 53 zum Erfassen eines elektrischen Winkels wandelt das vom Einschlagwinkelsensor 14 gelieferte Einschlagwinkelsignal in ein entsprechendes Einschlagwinkelsignal um, das vom Mikrocomputer 31 erkannt werden kann, und überträgt das umgewändelte Einschlagwinkelsignal an den Mikrocomputer 31.
Das Untersetzungsgetriebe 5 ist ebenfalls in 3 gezeigt, und die gestrichelten Doppellinien zwischen dem Motor 4 und dem Untersetzungsgetriebe 5 haben einzig den Zweck, die mechanische Verbindung zwischen diesen anzugeben.
Nach erfolgter Beschreibung der Gesamtschaltungsanordnung der Lenkvorrichtung 1 mit variablem Übertragungsverhältnis erfolgt nun eine Beschreibung ihres Betriebs.
Als erstes gibt der Mikrocomputer 31 ein Steuersignal an die Magnetansteuerschaltung 32 aus, woraufhin die Magnetansteuerschaltung 32 zum Betätigen des Sperrstifts 21 elektrischen Strom an die Magnetspule 2 liefert, wodurch die Verbindung des Läufers 44 zum Motorgehäuse 44 unterbrochen wird. Als zweites steuert der Mikrocomputer 31 den Elektromotor 4 auf der Grundlage der vom Lenkwinkelsensor 6 und vom bordeigenen LAN 7 gelieferten Signale an, so daß die Drehkraft des Elektromotors 4 über das Untersetzungsgetriebe 5 an die Abtriebswelle 13 übertragen wird. Zuletzt erfaßt ein Drehmomentsensor der elektrischen Servolenkvorrichtung des Fahrzeugs das an die Abtriebswelle 13 gelegte Drehmoment, und ein Elektromotor der elektrischen Servolenkvorrichtung hilft dabei, den Einschlagwinkel der gelenkten Räder 17 des Fahrzeugs zu ändern.
Hinsichtlich der Art und Weise der Regelung der Ansteuerung des Elektromotors 4 durch den Controller 3 wird die nachfolgende Beschreibung unter Bezugnahme auf die 4 und 5 gegeben.
4 zeigt Funktionsblöcke des Controllers 3 und Verbindungen zwischen ihnen, die zum Begrenzen der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 4 nötig sind.
Wie in 4 gezeigt ist, weist der Mikrocomputer 31 des Controllers 3 einen Solldrehwinkel-Berechnungsblock 311, einen Differenzberechnungsblock 312, einen Differenzbegrenzungsblock 313 und einen Austastverhältnis-Bestimmungsblock 314 auf.
Hierbei ist anzumerken, daß der Solldrehwinkel-Berechnungsblock 311, der Differenzberechnungsblock 312 und der Differenzbegrenzungsblock 313 die Solldrehwinkel-Berechnungseinheit, die Differenzberechnungseinheit bzw. die Differenzbegrenzungseinheit der vorliegenden Erfindung darstellen.
5 zeigt einen Regelvorgang, der vom Mikrocomputer 31 zum Begrenzen der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 4 durchgeführt wird.
In Schritt S100 in 5 werden das Signal von der Lenkwinkelerfassungsschaltung 39, das den Lenkwinkel D1 des Fahrzeugs angibt, und das Signal von der Kommunikations-I/F 38, das die Fahrzeuggeschwindigkeit V angibt, an den Solldrehwinkel-Berechnungsblock 311 des Mikrocomputers 31 geliefert.
Zusätzlich zu diesen beiden Signalen werden Befehlssignale zum zwangsweisen Ändern des Solldrehwinkels D3 des Läufers 42 des Elektromotors 4 von der Kommunikations-I/F 38 an den Block 311 geliefert. Solche Befehlssignale werden zur Verfügung gestellt, um einen instabilen Zustand des Fahrzeugs zu unterdrücken, wenn an dem Fahrzeug ein instabiler Zustand auftritt.
In Schritt S101 wird ein Solldrehwinkel D3 des Läufers 42 in vorgegebenen Zeitabständen, z.B. 2 ms, auf der Grundlage des Lenkwinkels D1 des Fahrzeugs und der Fahrzeuggeschwindigkeit V berechnet. Der Rechenvorgang wird im Solldrehwinkel-Berechnungsblock 311 des Mikrocomputers 31 durchgeführt.
In Schritt S102 wird eine Bestimmung vorgenommen, ob der berechnete Solldrehwinkel D3 des Läufers 42 zwangs weise geändert werden soll. Falls ein Befehlssignal zum zwangsweisen Ändern des Solldrehwinkels D3 des Läufers von der Kommunikations-I/F 38 durch den Block 311 empfangen wird, wird der gegenwärtig berechnete Solldrehwinkel D3 in Schritt S103 zwangsweise auf einen neuen Wert geändert, andernfalls geht der Regelvorgang unmittelbar zu Schritt S104 weiter.
In Schritt S104 wird eine Differenz H zwischen einem ersten Wert und einem zweiten Wert des Solldrehwinkels D3 des Läufers in den gleichen vorgegebenen Zeitabständen wie in Schritt S101 berechnet. Sowohl der erste Wert als auch der zweite Wert werden aus Werten ausgewählt, die im Solldrehwinkel-Berechnungsblock 311 berechnet werden, und der erste Wert wird um die vorgegebene Zeitspanne früher als der zweite Wert berechnet. Der Differenzberechnungsvorgang wird im Differenzberechnungsblock 312 durchgeführt.
In Schritt S105 wird eine weitere Bestimmung vorgenommen, ob die berechnete Differenz H begrenzt werden soll. Falls die Differenz H unter Verwendung eines zwangsweise geänderten Wertes des Solldrehwinkels D3 berechnet wird, geht der Regelvorgang ohne Differenzbegrenzung unmittelbar weiter zu Schritt S108, so daß ein stabiler Zustand des Fahrzeugs hergestellt wird, wodurch die Sicherheit des Fahrzeugs gewährleistet wird.
In Schritt S106 wird eine weitere Bestimmung vorgenommen, ob die im Differenzberechnungsblock 312 berechnete Differenz H einen vorgegebenen Bezugswert H_ref übersteigt. Falls die Differenz H den Bezugswert H_ref übersteigt, geht der Regelvorgang weiter zum nächsten Schritt S107, oder geht andernfalls unmittelbar weiter zu Schritt S108.
In Schritt S107 wird die Differenz H begrenzt, indem die Differenz H durch eine obere Grenze Hmax des Differenzbegrenzungsblocks 313 ersetzt wird. Darüber hinaus wird der zweite Wert des Solldrehwinkels D3 bei der Berechnung der gegenwärtig begrenzten Differenz X basierend auf der oberen Grenze Hmax und dem entsprechenden ersten Wert in der Berechnung neu berechnet. Der Begrenzungsvorgang wird im Differenzbegrenzungsblock 313 des Mikrocomputers 31 durchgeführt.
Da die Differenz H einer Drehgeschwindigkeit des Läufers 42 des Elektromotors 4 entspricht, kann die Drehgeschwindigkeit des Läufers 42 durch Begrenzen der Differenz H mittels des Differenzbegrenzungsblocks 313 begrenzt werden.
Hierbei ist anzumerken, daß die obere Grenze Hmax bevorzugt so vorgegeben ist, daß sie niedriger als der Bezugswert H_ref bei dem vorausgegangenen Schritt S106 ist. Des weiteren ist der Bezugswert H_ref bevorzugt so vorgegeben, daß er derjenigen Drehgeschwindigkeit des Läufers 42 entspricht, über der hörbare Betriebsgeräusche aus dem Elektromotor 4 entstehen, wodurch die Betriebsgeräusche minimiert werden können.
Die Lenkvorrichtung 1 mit variablem Übertragungsverhältnis weist des weiteren, wie in 3 gezeigt ist, bevorzugt eine Temperaturerfassungseinrichtung 20, z.B. einen Thermistor, zum Erfassen der Temperatur des Elektromotors 4 auf. Wenn die erfaßte Temperatur einen vorgegebenen Wert übersteigt, setzt der Controller 3 die obere Grenze Hmax herab, so daß der Elektromotor 4 gegen Überhitzung geschützt werden kann.
Unter Bezugnahme auf 5 wird in Schritt S108 ein Soll-Einschlagwinkel D2 des Fahrzeugs (d. h., ein Soll drehwinkel der Abtriebswelle 13) in den gleichen vorgegebenen Zeitabständen wie in Schritt S101 berechnet. Dieser Rechenvorgang wird im Austastverhältnis-Bestimmungsblock 314 des Mikrocomputers 31 basierend sowohl auf dem Lenkwinkel D1 des Fahrzeugs und als auch dem Solldrehwinkel D3 des Läufers 42 des Elektromotors 4 durchgeführt.
In Schritt S109 wird ein Ist-Einschlagwinkel D2a des Fahrzeugs in vorgegebenen Zeitabständen, z.B. 200 ps, je nach dem umgewandelten Einschlagwinkelsignal von der Erfassungsschaltung 53 zum Erfassen eines elektrischen Winkels bestimmt. Der Bestimmungsvorgang wird im Austastverhältnis-Bestimmungsblock 314 durchgeführt.
In Schritt S110 wird ein Austastverhältnis R zum Steuern des Elektromotors 4 in den gleichen vorgegebenen Zeitabständen wie im vorausgegangenen Schritt S109 basierend sowohl auf dem Soll-Einschlagwinkel D2 als auch dem Ist-Einschlagwinkel D2a des Fahrzeugs bestimmt. Dieser Austastverhältnis-Bestimmungsvorgang wird im Austastverhältnis-Bestimmungsblock 314 durchgeführt.
Im abschließenden Schritt S111 wird ein PWM-Signal, das das bestimmte Austastverhältnis R angibt, im Austastverhältnis-Bestimmungsblock 314 erzeugt und an die Motoransteuerschaltung 50 geliefert.
Durch wiederholtes Ausführen der vorgenannten Schritte S109–S111 wird eine Rückführungsregelung des Elektromotors 4 durchgeführt, wodurch der Soll-Einschlagwinkel D2 an die Abtriebswelle 13 des Fahrzeugs geliefert wird.
Bei der Rückführungsregelung ist der zeitliche Abstand zum Bestimmen eines Ist-Einschlagwinkels D2a des Fahrzeugs und des entsprechenden Austastverhältnisses R so vorgegeben, daß er kürzer als für die Vorgänge in den Schritten S101–S108 ist, z.B. 200 ps gegenüber 2 ms. Da der Soll-Einschlagwinkel D2 des Fahrzeugs unter Verwendung eines längeren zeitlichen Abstandes von 2 ms berechnet wird, kann die Rechenlast des Mikrocomputers 31 verringert werden.
Zusammenfassend begrenzt die Lenkvorrichtung 1 mit variablem Übertragungsverhältnis der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf vorteilhafte Weise die Drehgeschwindigkeit des Läufers 42 des Elektromotors 4, so daß die hörbaren Betriebsgeräusche, die aus dem Elektromotor 4 entstehen, minimiert werden können, ohne auf einen stabilen Zustand des Fahrzeugs verzichten zu müssen.
Obgleich obenstehend eine konkrete Ausführungsform der Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, wird es denjenigen, welche die Erfindung ausführen, sowie dem Fachmann klar sein, daß verschiedene Modifikationen, Änderungen und Verbesserungen an der Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken des offengelegten Konzeptes abzuweichen. Solche Modifikationen, Änderungen und Verbesserungen innerhalb des fachlichen Könnens liegen innerhalb des Schutzbereiches der beigefügten Ansprüche.

Claims

Lenkvorrichtung mit variablem Übertragungsverhältnis für ein Fahrzeug mit einem Lenkrad und gelenkten Rädern, wobei die Vorrichtung aufweist: eine mit dem Lenkrad gekoppelte Eingangswelle; einen Lenkwinkelsensor zum Erfassen eines Drehwinkels der Eingangswelle und Erzeugen eines Signals, das den erfaßten Drehwinkel angibt; eine Abtriebswelle, die betriebsmäßig mit den gelenkten Rädern verbunden ist; ein Betätigungsorgan, das einen Elektromotor mit einem Läufer aufweist, wobei der Elektromotor betriebsmäßig zwischen die Eingangswelle und die Abtriebswelle geschaltet ist, und zum Variieren eines Übertragungsverhältnisses zwischen einem Drehwinkel der Abtriebswelle und dem Drehwinkel der Eingangswelle ausgelegt ist; und einen Controller; wobei der Controller aufweist: eine Solldrehwinkel-Berechnungseinheit, die in vorgegebenen Zeitabständen einen Solldrehwinkel des Läufers des Elektromotors gemäß dem Signal vom Lenkwinkelsensor, das den Drehwinkel der Eingangswelle angibt, berechnet; eine Differenzberechnungseinheit, die in den vorgegebenen Zeitabständen eine Differenz zwischen einem ersten Wert und einem zweiten Wert berechnet, die aus Werten des Solldrehwinkels des Läufers ausgewählt sind, die von der Solldrehwinkel-Berechnungseinheit berechnet werden, wobei der erste Wert um die vorgegebene Zeitspanne früher als der zweite Wert berechnet wird; und eine Differenzbegrenzungseinheit, die, wenn die von der Differenzberechnungseinheit berechnete Differenz einen vorgegebenen Bezugswert übersteigt, die Differenz auf eine obere Grenze begrenzt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die obere Grenze der Differenzbegrenzungseinheit so vorgegeben ist, daß es ermöglicht wird, eine Drehgeschwindigkeit des Läufers des Elektromotors auf einen Wert zu begrenzen, über dem hörbare Betriebsgeräusche aus dem Elektromotor entstehen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei Funktionen der Differenzbegrenzungseinheit nicht durchgeführt werden, wenn der Solldrehwinkel des Läufers des Elektromotors beim Empfang eines Signals zum Herstellen eines stabilen Zustandes des Fahrzeugs geändert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, welche des weiteren eine Temperaturerfassungseinrichtung aufweist, die eine Temperatur des Elektromotors erfaßt, wobei die obere Grenze der Differenzbegrenzungseinheit herabgesetzt wird, wenn die erfaßte Temperatur des Elektromotors einen vorgegebenen Temperaturwert übersteigt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, welche des weiteren einen Einschlagwinkelsensor zum Erfassen des Drehwinkels der Abtriebswelle und Erzeugen eines diesen anzeigenden Signals aufweist, wobei der Controller die Ansteuerung des Elektromotors auf der Grundlage sowohl des Solldrehwinkels des Läufers des Elektromotors, der von der Solldrehwinkel-Berechnungseinheit berechnet wird, als auch des vom Einschlagwinkelsensor erfaßten Drehwinkels der Abtriebswelle regelt, wobei der Solldrehwinkel des Läufers erneut berechnet wird, wenn die Differenz durch die Differenzbegrenzungseinheit begrenzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Controller die Ansteuerung des Elektromotors in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs regelt, die von einer Geschwindigkeitserfassungseinrichtung des Fahrzeugs erfaßt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei Funktionen der Differenzbegrenzungseinheit nicht durchgeführt werden, wenn der Solldrehwinkel des Läufers des Elektromotors bei Empfang eines Signal zum Herstellen eines stabilen Zustands des Fahrzeugs geändert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche des weiteren eine Temperaturerfassungseinrichtung aufweist, die eine Temperatur des Elektromotors erfaßt, wobei die obere Grenze der Differenzbegrenzungseinheit herabgesetzt wird, wenn die erfaßte Temperatur des Elektromotors einen vorgegebenen Temperaturwert übersteigt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche des weiteren einen Einschlagwinkelsensor zum Erfassen des Drehwinkels der Abtriebswelle und Erzeugen eines diesen anzeigenden Signals aufweist, wobei der Controller die Ansteuerung des Elektromotors gemäß sowohl dem von der Solldrehwinkel-Berechnungseinheit berechneten Solldrehwinkel des Läufers des Elektromotors als auch dem vom Einschlagwinkelsensor erfaßten Drehwinkel der Abtriebswelle regelt, wobei der Solldrehwinkel des Läufers erneut berechnet wird, wenn die Differenz durch die Differenzbegrenzungseinheit begrenzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Controller eine Ansteuerung des Elektromotors gemäß einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs regelt, die von einer Geschwindigkeitserfassungseinrichtung des Fahrzeugs erfaßt wird.
Lenkvorrichtung mit variablem Übertragungsverhältnis für ein Fahrzeug mit einem Lenkrad und gelenkten Rädern, wobei die Vorrichtung aufweist: eine mit dem Lenkrad gekoppelte Eingangswelle; eine betriebsmäßig mit den gelenkten Rädern verbundene Abtriebswelle; ein Betätigungsorgan mit einem Elektromotor, wobei der Elektromotor betriebsmäßig zwischen die Eingangswelle und die Abtriebswelle geschaltet ist und zum Variieren eines Übertragungsverhältnisses zwischen einem Drehwinkel der Abtriebswelle und einem Drehwinkel der Eingangswelle ausgelegt ist; und einen Controller, der eine Begrenzungseinrichtung zum Begrenzen einer Drehgeschwindigkeit des Elektromotors auf einen Wert aufweist, über dem hörbare Betriebsgeräusche aus dem Elektromotor entstehen, wobei der Controller bei einem Empfang eines vorgegebenen Signals aufhört, Funktionen der Begrenzungseinrichtung auszuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das vorgegebene Signal ein Signal zum Herstellen eines stabilen Zustand des Fahrzeugs umfaßt.
Lenkvorrichtung mit variablem Übertragungsverhältnis für ein Fahrzeug mit einem Lenkrad und gelenkten Rädern, wobei die Vorrichtung aufweist: eine mit dem Lenkrad gekoppelte Eingangswelle; einen Lenkwinkelsensor zum Erfassen eines Drehwinkels der Eingangswelle und Erzeugen eines Signals, das den erfaßten Drehwinkel angibt; eine Abtriebswelle, die betriebsmäßig mit den gelenkten Rädern verbunden ist; ein Betätigungsorgan, das einen Elektromotor mit einem Läufer aufweist, wobei der Elektromotor betriebsmäßig zwischen die Eingangswelle und die Abtriebswelle geschaltet und zum Variieren eines Übertragungsverhältnisses zwischen einem Drehwinkel der Abtriebswelle und dem Drehwinkel der Eingangswelle ausgelegt ist; eine Solldrehwinkel-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Solldrehwinkels des Läufers des Elektromotors in vorgegebenen Zeitabständen und in Abhängigkeit von dem Signal vom Lenkwinkelsensor, das den Drehwinkel der Eingangswelle angibt; eine Differenzberechnungseinrichtung zum Berechnen in den vorgegebenen Zeitabständen einer Differenz zwischen einem ersten Wert und einem zweiten Wert, die aus Werten für den Solldrehwinkel des Läufers ausgewählt sind, die von der Solldrehwinkel-Berechnungseinrichtung berechnet werden, wobei der erste Wert um die vorgegebene Zeitspanne früher als der zweite Wert berechnet wird; und eine Differenzbegrenzungseinrichtung, welche die Differenz auf eine obere Grenze begrenzt, wenn die von der Differenzberechnungseinrichtung berechnete Differenz einen vorgegebenen Bezugswert übersteigt.