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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorsteuervorrichtung, und
insbesondere auf eine Fahrzeuglenkungssteuervorrichtung, wie etwa
eine elektrische Servolenkvorrichtung und eine automatische Lenkvorrichtung
für Automobile.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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Bisher
wurde es üblich
durchgeführt,
Energieversorgungsspannungen zu erhöhen, um eine Effizienz von
Fahrzeugausrüstung
großer
Leistung anzuheben. Obwohl Energieversorgungs-(Batterie-)Spannungen
in Personenwagen z. B. allgemein auf 12 V gesetzt wurden, wurden
Energieversorgungsspannungen in gewerblichen Fahrzeugen, wie etwa
Lastwagen, auf 24 V gesetzt, da sie eine größere Energieversorgung benötigen. Es
wurde auch betrachtet, sogar im Personenwagen Energieversorgungsspannungen
auf 42 V zu setzen, da sich die Zahl von Ausrüstungen, die darin angebracht
sind, erhöht.
Außerdem
ist in elektrischen Fahrzeugen sogar eine Energieversorgung von
Hochspannungen, so viel wie 200 V oder 300 V, angebracht.
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Im
Gegensatz dazu wurden eine Mikrosteuervorrichtung oder ein Operationsverstärker, die
in einer Steuereinrichtung zum Steuern einer Vielfalt von Fahrzeugausrüstung implementiert
sind, im allgemeinen bei niedrigen Spannungen verwendet, wie etwa 3,3
V, 5 V und 8 V etc. Eine Anwendung einer hohen Energieversorgungsspannung
auf eine derartige Steuereinrichtung verursacht einen größeren Spannungsabfall
in einer Energieversorgungsschaltung, was zu einem größeren Verlust
in der Schaltung führt.
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Es
gab eine bekannte elektrische Servolenkungsvorrichtung, als eine
Motorsteuervorrichtung, die in einem oben beschriebenen Hochspannungs-Autosystem
zu montieren ist, wie im offengelegten japanischen Patent Veröffentlichung
JP 2002-166837 (
US 6,600,983 B2 offengelegt
wird. In der obigen elektrischen Servolenkungsvorrichtung führt, wie
in
3 gezeigt, eine Batterie
1 eine Hochspannungsleistung
direkt einem Ansteuermittel
32 für einen Motor
2 zu,
und führt
auch eine Niederspannung, die durch einen Schaltregler
4 herabgestuft wird,
einer Steuereinheit
31, die eine Mikrosteuervorrichtung
und andere inkludiert, durch einen seriellen Regler
33 zu,
wobei dadurch ein steiler Spannungsabfall in dem seriellen Regler
33 unterdrückt werden kann,
sogar in einem Fahrzeug, das mit der Batterie
1 mit einer
relativ höheren
Spannung, wie etwa 24 V, 36 V, ausgerüstet ist, was einen Energieverlust
in der Energieversorgungsschaltung der Steuereinheit
31 verhindert.
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Im
Gegensatz dazu wird das Ansteuermittel 32 direkt von der
Batterie 1 mit Energie versorgt, deshalb kann das Ansteuermittel 32 mit
höherer
Effizienz angesteuert werden, um die Steuereinrichtung als ganze
mit höherer
Effizienz zu realisieren.
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In
der zuvor erwähnten
elektrischen Servolenkungsvorrichtung gab es jedoch ein Problem
dadurch, dass ein Energieverbrauch in der Batterie größer wird,
da der Schaltregler 4 stets be trieben wurde, ungeachtet
dessen, ob die Steuereinheit 31, die die Mikrosteuervorrichtung
und andere umfasst, betrieben wird oder nicht, wobei dem seriellen
Regler 33 kontinuierlich elektrische Energie zugeführt wird.
Sobald der Schaltregler 4 z. B. seine selbst-erregte Schwingung
gestartet hat, bleibt seine Schwingung erhalten, sogar nachdem ein
Zündschlüssel abgeschaltet
ist, was zu einem Energieverbrauch in der Batterie 1 sogar
während
einer Ausschaltzeit des Zündschlüssels führt.
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DE 100 58 899 A1 beschreibt
ein x-by-wire-System in einem Kraftfahrzeug, umfassend mindestens
einem Steuerrechner, mindestens einen Sensor zur Erfassung einer
Stellbewegung, mindestens einen von dem Steuerrechner anzusteuernden Aktuator
und eine Spannungsversorgung, wobei dem Steuerrechner eine Einrichtung
zur Erkennung des Fahrtendes zugeordnet ist, die die Zündstellung
und die Eigengeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs auswertet, wobei
die Spannungsversorgung über
mindestens ein Schaltelement mit dem Steuerrechner, Sensor und Aktuator
verbunden ist, das bei Erfassung des Fahrtendes die Spannungsversorgung selbständig abtrennt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung wurde entwickelt, um die oben beschriebenen Probleme zu
lösen,
und es ist deshalb ein Ziel der Erfindung, eine Motorsteuervorrichtung vorzusehen,
die zum zuverlässigen
Reduzieren von Energieverbrauch in Bereitschaft (Standby) und im regulären Betrieb
fähig ist.
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Um
das obige Ziel zu erreichen, ist der erste Aspekt der Motorsteuervorrichtung
der vorliegenden Erfindung, worin eine Batterie eine Spannungsenergie
direkt einem Ansteuermittel für
einen Motor zuführt,
und auch eine Niederspannung, die durch einen Schaltregler herabgestuft
wird, einer Steuereinheit zuführt,
die eine Mikrosteuervorrichtung und andere umfasst, so gebildet,
dass der Schaltregler sein Schalten durch ein erstes Startsignal
startet, das von außerhalb
der Motorsteuervorrichtung zugeführt wird,
und sein Schalten stoppt, wenn ein erstes Stoppsignal von außerhalb
einer Motorsteuervorrichtung an dem Schaltregler und an der Steuereinheit vorliegt
und zusätzlich
ein zweites Stoppsignal, das von der Steuereinheit in Reaktion auf
das erste Stoppsignal ausgegeben wird, an dem Schaltregler vorliegt.
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Der
zweite Aspekt der Motorsteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung,
worin eine Batterie eine Spannungsenergie direkt einem Ansteuermittel für einen
Motor zuführt,
und auch eine Niederspannung, die durch einen Schaltregler herabgestuft
wird, einer Steuereinheit zuführt,
die eine Mikrosteuervorrichtung und andere umfasst, ist so gebildet,
dass der Schaltregler der Steuereinheit Energie in nicht schaltendem
Zustand zuführt,
wenn ein erstes Startsignal am Schaltregler anliegt, das von außerhalb
der Motorsteuervorrichtung zugeführt
wird, und dass der Schaltregler sein intermittierendes Schalten
durch ein zweites Startsignal startet, das von der Steuereinheit
abgeleitet wird, und sein intermittierendes Schalten durch das Stoppsignal
stoppt, das von der Steuereinheit abgeleitet wird.
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Gemäß der Motorsteuervorrichtung
der vorliegenden Erfindung kann ein Energieverbrauch in der Steuereinheit,
die eine Mikrosteuervorrichtung und andere umfasst, wesentlich reduziert
werden, und auch ein Energieverbrauch im Standby kann reduziert
werden, durch eine Bildung derart, dass vollständig verhindert wird, dass
der Steuereinheit die Energie zugeführt wird, wenn die Steuereinheit
nicht betrieben wird.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Schaltungsdiagramm einer Fahrzeug-Lenkungssteuervorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ist
ein Schaltungsdiagramm einer Fahrzeug-Lenkungssteuervorrichtung
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung;
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3 ist
ein Schaltungsdiagramm einer Fahrzeug-Lenkungssteuervorrichtung
in einem Stand der Technik.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsform
1
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Es
wird nun eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 zeigt
eine erste Ausführungsform
der Erfindung, worin Bezugszeichen 1 eine Energiezuführung bezeichnet,
wie etwa eine Batterie; 2 einen Motor zum Erhöhen der
Lenkungsleistung eines Fahrers; 3 eine Steuereinheit zum
Steuern des Motors 2. Die Steuereinheit 3 ist, gleich
zu dem Stand der Technik, der in 3 gezeigt
wird, mit einem Steuermittel 31, umfassend eine Mikrosteuervorrichtung
und andere, einem Ansteuermittel 32 zum Ansteuern des Motors 2 gemäß der Instruktion
von dem Steuermittel 31, und einem seriellen Regler 33 ausgerüstet. Die
Batterie 1 führt
eine Spannungsenergie direkt einem Ansteuermittel 32 für einen
Motor 2 zu, und führt
auch eine Niederspannung, die durch einen Schaltregler 4,
umfassend einen GS-GS-Konverter, herabgestuft wird, einem Steuermittel 31 zu,
umfassend eine Mikrosteuervorrichtung und andere. Der Schaltregler 4,
der in dieser Ausführungsform
gezeigt wird, wird durch eine selbsterregte Abwärtschopperschaltung gebildet. Der
serielle Regler 33 wird so betrieben, um eine Spannung
von dem Schaltregler 4 zu der anderen vorbestimmten stabilisierten
Spannung zu konvertieren und um ein Rücksetzsignal in einem tiefen
Spannungszustand zu generieren. Bezugszeichen 10 bezeichnet
einen Zündschalter
zum Liefern eines Startsignals oder eines Stoppsignals von außerhalb
der Steuereinheit 3. Der Schaltregler 4 ist mit
einem ersten Transistor 41 zum intermittierenden Unterbrechen
der Spannung von der Batterie 1, einer Spule 42 zum
Filtern der intermittierenden Spannung von dem Kollektor des ersten
Transistors 41, einer ersten Diode 43 für einen Überschuss
eines Stroms der Spule 42, einem Kondensator 44 zum
Filtern der intermittierenden Spannung von dem Kollektor des Transistors 41 zusammen
mit der Spule 42, einer zweiten Diode 45 zum Eingeben
eines Rückkopplungssignals
von einer Ausgangsspannung des Schaltreglers 4, gefiltert
durch die Spule 42 und den Kondensator 44, zu
einem zweiten Transistor 47, was spä ter erörtert wird, einer Zener-Diode 46 zum Generieren
eines Bezugssignals, um eine Ausgangsspannung des Schaltreglers 4 zu
bestimmen, und dem zweiten Transistor 47 zum Schalten des
ersten Transistors 41, damit eine Chopperoperation basierend
auf sowohl dem Rückkopplungssignal
von der zweiten Diode 45 als auch dem Bezugssignal von
der Zener-Diode 46 stattfindet, versehen. Die bevorzugte Ausführungsform
1 gemäß dieser
Erfindung ist ferner mit einem dritten Transistor 5 zum
Eingeben des Start- oder Stoppsignals, das durch den Zündschalter 10 generiert
wird, zu einer Mikrosteuervorrichtung 31, und einem vierten
Transistor 6 zum Stoppen einer Schwingung des Schaltreglers 4 durch
das Signal von der Mikrosteuervorrichtung 31 versehen.
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Nun
wird die Operation der obigen Ausführungsform mit Bezug auf 1 beschrieben.
Wenn der Zündschlüssel 10 geschlossen
wird, führt
die Batterie 1 einen Basisstrom dem zweiten Transistor 47 über einen
Widerstand 7 zu, um ihn in Leitung zu bringen, dadurch
führt die
Batterie 1 einen Basisstrom dem ersten Transistor 41 zu,
um ihn in Leitung zu bringen. Beim Einschalten des Transistors 41 fließt der Strom
von dem Kollektor des ersten Transistors 41 zu dem Kondensator 44 über die
Spule 42, was veranlasst, dass die Ausgangsspannung des Schaltreglers 4 ansteigt.
Die Ausgangsspannung des Schaltreglers 4 wird zu dem Emitter
des zweiten Transistors 47 über die zweite Diode 45 als
ein Rückkopplungssignal
gegeben. Die konstante Spannung durch die Zener-Diode 46 wird
an die Basis des zweiten Transistors 47 als ein Bezugssignal
angelegt, und wird mit dem Rückkopplungssignal
verglichen, um eine Rückkopplungssteuerung
durchzuführen.
Wenn die Spannung des Bezugssignals höher als die des Rückkopplungssignals
ist, wird im Detail der zweite Transistor 47 eingeschaltet,
um den ersten Transistor 41 ein zu halten, wenn im Gegensatz
dazu die Spannung des Bezugssignals kleiner als die des Rückkopplungs signals
ist, wird der zweite Transistor 47 ausgeschaltet, um den
ersten Transistor 41 aus Leitung herauszubringen.
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Die
intermittierende Spannung, die durch Ein-/Aus-Operation des ersten
Transistors 41 generiert wird, wird zu der Spule 42 gegeben,
und während
der erste Transistor 41 ausgeschaltet ist, wird ein Strom,
der in der Spule 42 fließt, durch die erste Diode 43 und
Kondensator 44 zurück
gespeist, um den Kondensator 44 aufzuladen, und es findet
eine Filterfunktion statt. Wie aus der vorangegangenen Operation
verstanden wird, wird, falls die Vorwärtsspannung der zweiten Diode 45 gleich
der Spannung zwischen der Basis und dem Emitter des zweiten Transistors 47 ist,
die Ausgangsspannung des Schaltreglers 4 so rückkopplungsgesteuert,
um gleich der Spannung der Zener-Diode 46 zu
sein. Die Spannung des Schaltreglers 4 wird dann zu dem
seriellen Regler 33 gegeben, worin sie auf den vorbestimmten
Wert stabilisiert wird. Die stabilisierte Spannung von dem seriellen
Regler 33 wird zu der Mikrosteuervorrichtung 31 als
ihre Energiequelle zugeführt,
und wird auch zu einem RES-Anschluss der Mikrosteuervorrichtung 31 als
ein Rücksetzsignal
zugeführt.
Die Mikrosteuervorrichtung 31, der die Energiequelle und
das Rücksetzsignal
von dem seriellen Regler 33 zugeführt wird, führt eine gegebene Operation
durch und sieht eine gegebene Instruktion der Motoransteuerschaltung 32 zum
Ansteuern des Motors 2 vor.
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Hierin
nachstehend wird eine Operation zum Reduzieren vom Energieverbrauch
im Standby beschrieben. Während
der Zündschalter 10 geschlossen
ist, führt
die Batterie 1 einen Basisstrom dem dritten Transistor 5 zu,
um ihn in Leitung zu bringen, dadurch wird der Mikrosteuervorrichtung 31 ein
Startsignal gegeben, eine Steuerung einer Vielfalt von Fahrzeugausrüstung darin
zu starten. Wenn in diesem Zustand der Zündschalter 10 geöffnet ist,
wird der dritte Transistor 5 dazu gebracht auszuschalten,
um der Mikrosteuervorrichtung 31 ein Stoppsignal zu geben.
Als das Ergebnis davon bremst die Mikrosteuervorrichtung 31 den
Motor 2 bei einer geeigneten Abbremsung ab, um ihn zu einem
Stopp zu bringen, und es findet z. B. ein gegebener Stoppprozess
statt, die ausgeführten
Daten werden in einem nicht-flüchtigen Speicher
gespeichert, der in der Mikrosteuervorrichtung 31 implementiert
ist. Nach Ablauf einer Zeit, die für den Stoppprozess notwendig
ist, sieht die Mikrosteuervorrichtung 31 der Basis des
vierten Transistors 6 ein Stoppsignal vor, um ihn in Leitung
zu bringen. Als das Ergebnis werden der zweite Transistor 47 und
der erste Transistor 41 ausgeschaltet, um die Schwingung
des Schaltreglers 4 zu einem Stopp zu bringen, wobei dadurch
veranlasst wird, eine Energiezufuhr zu der Mikrosteuervorrichtung 31 von
der Batterie 1 zu stoppen.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
der Erfindung wird die Motorsteuervorrichtung so gebildet, dass
der serielle Regler 33, der der Mikrosteuervorrichtung 31 Energie
zuführt,
mit elektrischer Energie über
den Schaltregler 4 von der Batterie 1 versorgt wird,
deshalb ist es möglich,
Energieverlust in der Mikrosteuervorrichtung 31 zu reduzieren.
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Des
weiteren wird die Motorsteuervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform
so gebildet, dass die Mikrosteuervorrichtung 31 nicht mit
Energie versorgt wird, wenn die Mikrosteuervorrichtung 31 nicht
in Betrieb ist, deshalb ist es möglich,
einen Energieverbrauch im Standby der Motorsteuervorrichtung zu
reduzieren. Außerdem
wird die Motorsteuervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform
so gebildet, dass die Batterie 1 einem Ansteuermittel 32 eine Spannungsenergie
direkt zuführt,
und auch der Mikrosteuervorrichtung 31 durch einen Schaltregler 4 eine
Spannungsenergie zuführt,
deshalb ist es wie in dem Stand der Technik möglich, einen Energieverlust für die Mikrosteuervorrichtung 31 zu
reduzieren, und es ist auch möglich,
dem Motor 2 eine Hochspannung zuzuführen, was Gesamtef fizienz verbessert. Obwohl
der Schaltregler 4 durch die Abwärtschopperschaltung in Ausführungsform
1 ausgeführt
wird, ist er natürlich
durch die durch die Aufwärtschopperschaltung
ausgeführt,
in diesem Fall ist es für
die Mikrosteuervorrichtung 31 möglich, mit Stabilität sogar dann
zu arbeiten, wenn die Batteriespannung verringert ist.
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Ausführungsform
2
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Es
wird als Nächstes
die zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. 2 zeigt
ein Beispiel des Schaltreglers 4, der aus einer getrennt
erregten Chopperschaltung aufgebaut ist. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen
gleiche Komponenten in der ersten Ausführungsform der Erfindung. Diese
Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in dem Punkt, dass
es keine zweite Diode 45 gibt, durch die die Ausgangsspannung
des Schaltreglers 4, die mit der Spule 42 und
dem Kondensator 44 gefiltert wird, zu dem zweiten Transistor 47 als
ein Rückkopplungssignal
eingegeben wird. Ein anderer Punkt, der sich von der ersten Ausführungsform
unterscheidet, besteht darin, dass es den Widerstand 48 an
Stelle der Zener-Diode 46 zum Generieren eines Bezugssignals
gibt. Der Rest der Komponenten sind die gleichen wie bei der ersten
Ausführungsform,
sodass über
jene keine Erläuterung
notwendig ist.
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Als
Nächstes
wird die Operation dieser Schaltung erläutert. Wenn der Zündschalter 10 geschlossen
ist, führt
die Batterie 1 einen Basisstrom dem zweiten Transistor 47 über einen
Widerstand 7 zu, um ihn in Leitung zu bringen, dadurch
fließt
ein Strom von der Basis des ersten Transistors 41 zu dem
Kollektor des zweiten Transistors 47, um den ersten Transistor 41 in
Leitung zu bringen. Bei Einschalten des Transistors 41 fließt der elektrische Strom
von dem Kollektor des ersten Transistors 41 zu dem Kondensator 44 über die
Spule 42, was veranlasst, dass die Ausgangsspannung des
Schaltreglers 4 ansteigt. Die Ausgangsspannung des Schaltreglers 4 wird
als Nächstes
zu dem seriellen Regler 33 gegeben, worin die Ausgangsspannung
auf den vorbestimmten Spannungswert stabilisiert wird.
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Der
serielle Regler 33 legt die vorbestimmte Spannung an die
Mikrosteuervorrichtung 31 als ihre Energiequelle an, und
gibt der Mikrosteuervorrichtung 31 zur Zeit eines Spannungsabfalls
oder einer Startoperation auch ein Rücksetzsignal.
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Der
Schaltregler 4 ist in diesem Moment noch nicht in Betrieb
geschaltet, und der erste Transistor 41 ist in einem leitenden
Zustand in seiner gesättigten
Region. Deshalb wird die Spannungsdifferenz zwischen der Batteriespannung
und der Energiequellenspannung Vcc zu der Mikrosteuervorrichtung 31 zu
dem seriellen Regler 33 angelegt, was zu einem höheren Energieverlust
führt.
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Unmittelbar
nach der Startoperation der Mikrosteuervorrichtung 31 beginnt
die Mikrosteuervorrichtung 31 jedoch, den vierten Transistor 6 bei
einer gegebenen Frequenz ein- und auszuschalten und schaltet dadurch
den ersten Transistor 41 über den zweiten Transistor 47 ein
und aus. Die Spannung, die durch Schalten des ersten Transistors 41 intermittierend
generiert wird, wird zu der Spule 42 gegeben, und während der
erste Transistor 41 ausgeschaltet ist, wird ein Strom,
der in der Spule 42 fließt, durch die erste Diode 43 zirkuliert,
damit die Akkumulation einer Ladung in einem Kondensator 44 für eine Filterung
erfolgt.
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Mit
einer zuvor erwähnten
Operation wird die Ausgangsspannung des Schaltreglers 4 in
einem Fall, wo die relative Einschaltdauer vom Schalten in dem ersten
Transistor 41 z. B. 50% ist, auf ungefähr die Hälfte der Spannung der Batterie 1 gekürzt.
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Während der
Zündschalter 10 geschlossen ist,
wird andererseits der dritte Transistor 5 eingeschaltet,
um ein Startsignal zu der Mikrosteuervorrichtung 31 zu
geben. Wenn der Zündschalter 10 geöffnet ist,
wird der dritte Transistor 5 ausgeschaltet, um ein Stoppsignal
zu der Mikrosteuervorrichtung 31 zu geben. Die Mikrosteuervorrichtung 31 bremst
den Motor 2 bei einer geeigneten Abbremsung ab, um ihn zu
einem Stopp zu bringen, und es findet z. B. ein gegebener Prozess
zum Stoppen in der Mikrosteuervorrichtung 31 statt, die
ausgeführten
Daten werden in einem nicht-flüchtigen
Speicher gespeichert, der in der Mikrosteuervorrichtung 31 implementiert
ist.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
der Erfindung wird die Motorsteuervorrichtung so gebildet, dass
der Schaltregler 4 aus einer getrennt erregten Chopperschaltung
aufgebaut ist, die durch die Mikrosteuervorrichtung 31 direkt
gesteuert wird, und die Ausgangsspannung des Schaltreglers 4 wird
mit der offenen Schleife gesteuert, deshalb ist es möglich, eine
gleiche Wirkung zu der ersten Ausführungsform zu haben, und zusätzlich dazu
eine beträchtliche
Verringerung der Komponentenzahl zu liefern.
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Während viele Änderungen
und Modifikationen der vorliegenden Erfindung ohne Zweifel einem Durchschnittsfachmann
nach Lesen der vorangehenden Beschreibung offensichtlich sein werden,
ist zu verstehen, dass die auf dem Weg einer Veranschaulichung gezeigte
und beschriebene bestimmte Ausführungsform
keineswegs gedacht ist, den Bereich der Ansprüche zu begrenzen, die an sich
nur jene Merkmale vortragen, die als für die Erfindung wesentlich
betrachtet werden.