DE102005023456B4

DE102005023456B4 - Elektronische Steuereinheit, elektrisch unterstützte Lenkvorrichtung und Lenkeinheit mit variablem Übersetzungsverhältnis

Info

Publication number: DE102005023456B4
Application number: DE102005023456.9A
Authority: DE
Inventors: Naoki Matsuda; Yasuyoshi Toda; Toshihisa Yamamoto
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2019-04-25
Anticipated expiration: 2025-05-21
Also published as: CN100448150C; US20050258792A1; DE102005023456A1; JP4428140B2; JP2005329906A; CN1700578A; US7106012B2

Abstract

Elektronische Steuereinheit (3), die aufweist:einen Umwandler (31), der Schaltelemente (301 - 303) ansteuert und eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandelt,eine Verstärkungseinrichtung (22), die eine Gleichspannung, die eingegeben wird, in eine Spannung innerhalb eines Spannungsbereiches umwandelt, in dem eine Spannung, die zum Ansteuern der Schaltelemente (301 - 303) benötigt wird, einem unteren Grenzwert entspricht, und eine maximal verstärkte Spannung einem oberen Grenzwert entspricht, und die die verstärkte Spannung an den Umwandler (31) ausgibt, undeine Spannungsüberwachungseinrichtung (22f) zum Überwachen eines Spannungswertes, der verstärkt ist,wobei die Verstärkungseinrichtung (22) einen Kondensator (C1), zwei Dioden (D1, D2) und zwei MOSFETs (T1, T2) zur Durchführung des Verstärkungsbetriebs und weitere Schaltelemente (S1, S2, S3, S4) zur Unterbrechung der Stromzufuhr zu den MOSFETs (T1, T2) und dem Kondensator (C1) enthält, undwobei die Verstärkungseinrichtung (22) wiederholt betrieben und gestoppt wird, indem die Spannungsüberwachungseinrichtung (22f) die weiteren Schaltelemente (S1, S2, S3, S4) öffnet oder schließt, um kontinuierlich die verstärkte Spannung nahe bei einem vorbestimmten Schwellenwert zu erzeugen, der in dem Spannungsbereich enthalten ist, durch (i) Bewirken des Verstärkungsbetriebs, wenn die überwachte Spannung kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist, (ii) Unterbrechen des Verstärkungsbetriebs, wenn die überwachte Spannung größer als der vorbestimmte Schwellenwert wird, und (iii) erneutes Bewirken des Verstärkungsbetriebs, wenn die überwachte Spannung kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert wird.

Description

Diese Erfindung betrifft eine elektronische Steuereinheit sowie eine elektrisch unterstützte Lenkvorrichtung und eine Lenkeinheit mit variablem Übersetzungsverhältnis, die die elektronische Steuereinheit enthalten.
Eine elektronische Steuereinheit (im Folgenden auch als ECU bezeichnet) benötigt in Abhängigkeit von der Anwendung verschiedene Energiequellenspannungen. Insbesondere wird, wenn ein Motor durch eine bekannte H-Brücke oder eine Drei-Phasen-Brücke, die durch Schaltelemente aufgebaut ist, angesteuert wird, gewöhnlicherweise ein Verfahren zum Erhöhen einer Energiequellenspannung, die der ECU zugeführt wird, durch eine Verstärkungsschaltung (booster circuit) als eine Gateansteuerquelle für die MOSFETs (Metalloxid-Halbleiterfeldeffekttransistoren), die die Schaltelemente bilden, verwendet.
Die Verstärkungsschaltung verstärkt die zugeführte Spannung auf grob das zweifache oder mehr. Es besteht jedoch eine obere Grenze für die Spannung (d. h. Durchbruchspannung bzw. Überschlagspannung), die an die Teile und Elemente, die die Verstärkungsschaltung und die elektrische Schaltung wie zum Beispiel die H-Brücke oder die Drei-Phasen-Brücke bilden, angelegt wird, und Spannungen, die die obere Grenze überschreiten, sollten nicht angelegt werden. Wenn der Verstärkungsschaltung eine hohe Spannung zugeführt wird, wird die Spannung weiter verstärkt und überschreitet oftmals die Durchbruchspannung, was dazu führt, dass die Schaltung zusammenbricht. Daher wurde eine Überwachungsfunktion vorgesehen, um die zugeführte Spannung zu überwachen, und der Betrieb der Verstärkungsschaltung wurde unterbrochen, wenn die zugeführte Spannung einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Außerdem wurde eine Halbleiterspeichervorrichtung, die den Zeitpunkt misst, bis die verstärkte Spannung auf eine vorbestimmte Spannung verstärkt ist, und die Verstärkungsschaltung nur während der gemessenen Zeitdauer betreibt, sowie eine Schaltung zum Ausbilden der verstärkten Spannung für die Halbleiterspeichervorrichtung vorgeschlagen (siehe JP 2003 - 123 495 A ).
Die DE 102 57 453 A1 beschreibt eine elektronische Steuereinheit, die aufweist: einen Umwandler, der Schaltelemente ansteuert und eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandelt, eine Verstärkungseinrichtung, die eine Gleichspannung, die eingegeben wird, in eine Spannung innerhalb eines Spannungsbereiches umwandelt, in dem eine Spannung, die zum Ansteuern der Schaltelemente benötigt wird, verstärkt und die die verstärkte Spannung an den Umwandler ausgibt. Außerdem eine Spannungsüberwachungseinrichtung zum Überwachen eines Spannungswertes, der verstärkt ist, beschrieben, wobei die Verstärkungseinrichtung den Betrieb der Verstärkung unterbricht, wenn die überwachte Spannung größer als ein vorbestimmter Schwellenwert wird.
Die US 5 202 830 A beschreibt eine PWM-Motorantriebssteuerungsschaltung für ein Servolenksystem, die aufweist: Eine Brückenschaltung mit vier Zweigen für jeweilige Transistoren, eine Hauptsteuereinheit, die ein kontinuierliches Gleichstromsignal und ein Drehmomentsteuersignal mit einem Tastverhältnis zur Aktivierung eines Elektromotors entsprechend einem Lenkbefehlssignal erzeugt, und eine Gateansteuerschaltung.
In vielen Fällen wurde jedoch gefordert, eine vorbestimmte verstärkte Spannung trotz einer Erhöhung der zugeführten Spannung als Ergebnis einer Schwankung zu erhalten. In einer elektrisch unterstützten Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs erzeugt zum Beispiel ein Wechselstromgenerator zum Zeitpunkt des Kippens einer Last (im Falle, dass ein Batterieanschluss unterbrochen wird) eine Überspannung. Daher erhöht sich die Energiequellenspannung (Spannung, die von der Batterie zugeführt wird) abrupt. Wenn die zugeführte Spannung gemäß dem Stand der Technik einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird der Betrieb der Verstärkungsschaltung unterbrochen, um die Schaltung zu schützen. Daher wird den Schaltelementen des Umwandlers keine Spannung zur Ansteuerung zugeführt. Wenn die zugeführte Spannung niedriger als der vorbestimmte Wert wird, wird die Verstärkungsschaltung erneut angesteuert. Während die Verstärkungsschaltung nicht in Betrieb ist, wird daher der Motor nicht durch den Umwandler, der zur Unterstützung der Lenkkraft dient, angesteuert; d. h., es tritt das Problem auf, dass sich die Lerikunterstützungskraft abrupt verringert und sich das Lenkgefühl verschlechtert.
Die verstärkte Spannung verringert sich notwendigerweise, wenn die Verstärkungsschaltung nicht länger betrieben wird. Die zugeführte Spannung ist jedoch eine Überspannung, die von dem Wechselstromgenerator erzeugt wird, und verringert sich trotz der Tatsache, dass die Verstärkungsschaltung nicht länger betrieben wird, nicht. Daher kann die ECU die zugeführte Spannung nicht überwachen, um den Betrieb der Verstärkungsschaltung so zu steuern, dass sie den Betrieb des elektrischen Motors nicht unterbricht. Dieses gilt nicht nur zum Zeitpunkt des Kippens der Last, sondern ebenfalls für eine ECU, der zu jeder Zeit von der Batterie eine hohe Spannung zugeführt wird (zum Beispiel, wenn die Batteriespannung 42 V beträgt).
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische Steuereinheit, die eine ausreichend verstärkte Spannung sogar dann erzeugt, wenn die zugeführte Spannung hoch wird, sowie eine elektrisch unterstützte Lenkvorrichtung und eine Lenkeinheit mit variablem Übersetzungsverhältnis mit der elektronischen Steuereinheit anzugeben. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrisch unterstützte Lenkvorrichtung sowie eine Lenkeinheit mit variablem Übersetzungsverhältnis bereitzustellen, die die elektronische Steuereinheit enthalten.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche 1, 2 oder 3.
10 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der zugeführten Spannung (Versorgungsspannung) und der verstärkten Spannung darstellt. Die verstärkte Spannung (gerade Linie 62) muss größer als ein Wert (gerade Linie 61) sein, der die Summe aus der Batteriespannung und einer Spannung Vgs (Spannung über dem Gate und der Source des MOSFET) zum Ansteuern der Schaltelemente 301 bis 303 in einer Motoransteuerschaltung, die zum Beispiel in 3 gezeigt ist, ist. Daher wird der untere Grenzwert der zugeführten Spannung, der für die Verstärkung notwendig ist, gleich V1. Gemäß dem Stand der Technik ist der obere Grenzwert der zugeführten Spannung gleich V2, mit dem die verstärkte Spannung gleich oder etwas niedriger als eine Durchbruchspannung Vth2 der Schaltung oder der Teile wird. Daher erfolgt keine Verstärkung, wenn die zugeführte Spannung V2 überschreitet. In der vorliegenden Erfindung wird andererseits in dem Fall, in dem die zugeführte Spannung V2 überschreitet, der Betrieb der Verstärkungsschaltung nicht sofort angehalten, sondern stattdessen wird die Verstärkungseinrichtung angesteuert und in Abhängigkeit von dem Zustand, in dem die Spannung verstärkt wird, zu irgendeinem Zeitpunkt angehalten. Dieser Aufbau ermöglicht es, die verstärkte Spannung zu erzeugen, bis die zugeführte Spannung V3 erreicht. Das heißt, die Energiequellenspannung kann über einen breiten Bereich ausgewählt werden, und eine elektronische Steuereinheit kann von vielen Systemen mit unterschiedlichen Energiequellenspannungen verwendet werden. Daher kann die elektronische Steuereinheit auf Grund der Möglichkeit der Massenproduktion zu einem niedrigeren Preis erzeugt werden. Da außerdem die verstärkte Spannung die Durchbruchspannung Vth2 nicht überschreitet, wird verhindert, dass die Schaltungen oder die Teile zusammenbrechen. Daher können die Schaltungen und die Teile mit geringer Größe zur Verringerung der Herstellungskosten hergestellt werden.
Außerdem wird mit dem erfindungsgemäßen Aufbau die verstärkte Spannung überwacht, und die Verstärkungsschaltung wird angesteuert und in Abhängigkeit von dem Überwachungsergebnis zu irgendeinem Zeitpunkt angehalten, um die verstärkte Spannung zu steuern. Dieses ermöglicht es, eine ausreichend hohe verstärkte Spannung zu erhalten, die bisher nicht erhalten werden konnte, sogar dann, wenn die zugeführte Spannung hoch ist, wobei jedoch verhindert wird, dass die Schaltung zusammenbricht, was ansonsten vorkommen würde, wenn die Durchbruchspannungen überschritten werden. Außerdem wird die verstärkte Spannung auf einen Wert stabilisiert, der gleich oder etwas kleiner als die Durchbruchspannung Vth2 der Schaltung oder der Teile ist, womit es nicht notwendig ist, den Betrieb der Schaltung oder des Aktuators, dem die verstärkte Spannung zugeführt wird, anzuhalten. Dieses verbessert die Stabilität und die Zuverlässigkeit des Systems insgesamt einschließlich der elektronischen Steuereinheit.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 ein Diagramm, das den Gesamtaufbau einer Steuereinheit mit variablem Übersetzungsverhältnis gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt,
2 ein Diagramm, das eine Übersetzungsverhältnissteuereinheit im Detail zeigt,
3 ein Diagramm, das eine Motoransteuerschaltung im Detail zeigt,
4 ein Flussdiagramm, das den Betrieb einer Verstärkungsschaltung der Erfindung (Ausführungsformen 1 bis 3) zeigt,
5A - 5B Diagramme, die die Verstärkungsschaltung im Detail (Ausführungsform 1) zeigen,
6 ein Diagramm, das die Verstärkungsschaltung im Detail (Ausführungsform 2) zeigt,
7 ein Diagramm, das die Verstärkungsschaltung der Erfindung im Detail (Ausführungsform 3) zeigt,
8 ein Flussdiagramm, das den Betrieb einer Verstärkungsschaltung gemäß dem Stand der Technik zeigt,
9A - 9B Diagramme, die die Verstärkungsschaltung gemäß dem Stand der Technik zeigen,
10 ein Diagramm, das einen effektiven Bereich der Verstärkung der Spannung zeigt,
11 ein Diagramm, das den Gesamtaufbau einer elektrisch unterstützten Lenkvorrichtung zeigt,
12A - 12C Diagramme, die zeigen, wie eine Verringerung der verstärkten Spannung gemäß dem Stand der Technik erfasst wird, und
13A - 13C Diagramme, die zeigen, wie eine Verringerung der verstärkten Spannung gemäß der vorliegenden Erfindung erfasst wird.

Lediglich die dritte Ausführungsform nach 7 und dazu in Bezug genommene Teile betreffen den Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Die übrigen Ausführungsformen betreffen nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung sondern dienen als Beispiel allein deren Erläuterung.
Die Aufgabe des Verstärkens der Spannung bis zu einem Grad, der notwendig ist und sogar dann, wenn die zugeführte Spannung hoch wird, ausreicht, wird unter Verwendung einer elektronischen Steuereinheit, die zwischen der Ansteuerung und dem Anhalten der Verstärkungsschaltung, die auf einen Wert der verstärkten Spannung Bezug nimmt, wechselt, unter Verwendung einer elektrisch unterstützten Lenkvorrichtung und unter Verwendung einer Lenkeinheit mit variablem Übersetzungsverhältnis gelöst.
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen elektronischen Steuereinheit, der erfindungsgemäßen elektrisch unterstützten Lenkvorrichtung und der erfindungsgemäßen Lenkeinheit mit variablem Übersetzungsverhältnis werden im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Diagramm, bei dem die elektronische Steuereinheit der Erfindung für die Lenkeinheit mit variablem Übersetzungsverhältnis eines Fahrzeugs angewendet wird, und 2 ist ein Blockdiagramm, das den Schaltungsaufbau der gesamten Lenkeinheit mit variablem Übersetzungsverhältnis 1 darstellt. Die elektronische Steuereinheit der Erfindung kann ebenfalls für andere als die Lenkeinheit mit variablem Übersetzungsverhältnis eines Fahrzeugs angewendet werden, und es besteht keine Beschränkung hinsichtlich der Gegenstände, auf die die Erfindung angewendet werden kann.
In 1 ist ein Lenkrad 10 eines Fahrzeugs mit einem oberen Ende einer Eingangswelle 11 verbunden. Das untere Ende der Eingangswelle 11 und das obere Ende einer Ausgangswelle 13 sind durch eine Einheit mit variablem Übersetzungsverhältnis 12 verbunden. Außerdem ist ein Ritzel, das nicht gezeigt ist, an dem unteren Ende der Ausgangswelle 13 vorgesehen, das sich in Eingriff mit einer Zahnstange 16 in einer Lenkgetriebebox 15 befindet. In der Lenkgetriebebox 15 ist außerdem eine nicht gezeigte elektrisch unterstützte Lenkvorrichtung vorgesehen. Mit beiden Enden der Zahnstange 16 sind rollende Räder bzw. Rollräder 17, die über nicht gezeigte Zugstangen und Arme gelenkt werden, verbunden.
Ein Lenkwinkelsensor 6 ist an der Eingangswelle 11 vorgesehen, um den Lenkwinkel des Lenkrads 10 zu erfassen, während ein Ausgangswinkelsensor 14, der durch einen Funktionsgeber aufgebaut ist, an der Ausgangswelle 13 vorgesehen ist, um den gelenkten Winkel der zu lenkenden Räder 17 zu erfassen. Der Ausgangswinkelsensor 14 kann in der Einheit mit variablem Übersetzungsverhältnis 12 vorgesehen sein. Der Lenkwinkel der Eingangswelle 11 und der Drehwinkel der Ausgangswelle 13, die jeweils von dem Lenkwinkelsensor 6 und dem Ausgangswinkelsensor 14 erfasst werden, werden in die Übersetzungsverhältnissteuereinheit 3 eingegeben, die außerdem ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal und ein Motordrehzahlsignal von einem fahrzeuginternen LAN (local area network) 7 empfängt. Die Übersetzungsverhältnissteuereinheit 3 erzeugt ein Steuersignal zum Steuern der Einheit mit variablem Übersetzungsverhältnis 12.
Die Einheit mit variablem Übersetzungsverhältnis 12 enthält einen Motor 4, der ein bekannter bürstenloser Motor ist, sowie einen Reduktionsmechanismus 5 und variiert den Drehwinkel der Ausgangswelle 13 durch Drehen des Motors 4, der die Signale von dem Lenkwinkelsensor 6 und dem fahrzeuginternen LAN 7 verwendet.
In dem oben beschriebenen Lenkmechanismus betreibt die Übersetzungsverhältnissteuereinheit 3 zunächst beim Empfang eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals von dem fahrzeuginternen LAN 7 und einem Lenkwinkel, der von dem Lenkwinkelsensor 6 erfasst wird, einen Solldrehwinkel der Ausgangswelle 13 auf der Grundlage dieser Daten. Ein Motorsteuerbefehl auf der Grundlage des Solldrehwinkels wird als ein PWM-Signal (Pulsbreitenmodulationssignal) von der Übersetzungsverhältnissteuereinheit 3 zur Einheit mit variablem Übersetzungsverhältnis 12 gesendet. Der Motor 4 in der Einheit mit variablem Übersetzungsverhältnis 12 wird durch den Motorsteuerbefehl angesteuert, und die zu lenkenden Räder 17 werden mit einem Lenkwinkel beaufschlagt, der dem Drehwinkel entspricht, der durch Addieren des Solldrehwinkels der Ausgangswelle 13 und dem Lenkwinkel des Lenkrades 10 erhalten wird. Die Übersetzungsverhältnissteuereinheit 3 bewirkt den Betrieb durch Rückführung, um den tatsächlichen gelenkten Winkel der zu lenkenden Räder 17 aus dem Ausgangswinkelsensor 14 zu schätzen und um den zu lenkenden Rädern 17 den Lenkwinkel aufzuerlegen, der zuverlässig dem Solldrehwinkel entspricht.
Auf das Erfassen einer abnormen Bedingung in der Einheit mit variablem Übersetzungsverhältnis 12 hin sendet die Übersetzungsverhältnissteuereinheit 3 einen Befehl an eine Solenoid-Ansteuerschaltung 32, um die Zufuhr des Stromes zu einer Solenoid-Spule 2 zu unterbrechen. Daher werden die Eingangswelle 11 und die Ausgangswelle 13 direkt miteinander gekoppelt, um den Betrieb ohne die Einheit mit variablem Übersetzungsverhältnis 12 auszuführen.
Im Folgenden wird der Aufbau zum Steuern der Lenkeinheit mit variablem Übersetzungsverhältnis 1 mit Bezug auf 2 beschrieben. Die Solenoid-Spule 2 ist mit der Solenoid-Ansteuerschaltung 32 der Übersetzungsverhältnissteuereinheit 3, die später beschrieben wird, verbunden und erzeugt eine elektromagnetische Kraft, die auf einem Ansteuersignal von der Solenoid-Ansteuerschaltung 32 basiert, um die Eingangswelle 11 und die Ausgangswelle 13 zu koppeln oder voneinander zu trennen.
Die Übersetzungsverhältnissteuereinheit 3 steuert den Strom, der in die Solenoid-Spule 2 fließt und steuert die Ansteuerung des Motors 4 auf der Grundlage der Lenkwinkeldaten von dem Lenkwinkelsensor 6 und den Daten wie zum Beispiel der Fahrzeuggeschwindigkeit von dem fahrzeuginternen LAN 7. Die Übersetzungsverhältnissteuereinheit 3 ist durch einen Mikrocomputer 31, die Solenoid-Ansteuerschaltung 32, einem Relais 33, einer Relaisansteuerschaltung 34, einer Energiezufuhrschaltung 35, einer Spannungserfassungsschaltung 36, einer Kommunikations-I/F (Schnittstelle) 38, einer Lenkwinkelerfassungsschaltung 39, einer Motoransteuerschaltung 50, einer Stromerfassungsschaltung 51, einer Motoranschlussspannungserfassungsschaltung 52 und einer Elektrowinkelerfassungsschaltung 53 aufgebaut.
Der Mikrocomputer 31 betreibt Ströme, die in die Solenoid-Spule 2 und den Motor 4 fließen, auf der Grundlage der Lenkwinkeldaten von dem Lenkwinkelsensor 6 und Daten wie zum Beispiel der Fahrzeuggeschwindigkeit von dem fahrzeuginternen LAN 7 und gibt ein Steuersignal auf der Grundlage des betriebenen Wertes aus, und ist durch eine CPU, einen ROM, einen RAM, eine Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle sowie eine Busleitung zur Verbindung dieser Elemente aufgebaut, die bekannt sind und hier nicht gezeigt sind. Verschiedene Berechnungsverarbeitungen auf der Grundlage der Signale, die in den Mikrocomputer 31 eingegeben werden, und Steuersignalausgangsverarbeitungen des Mikrocomputers 31 für die peripheren Schaltungen werden durch Steuerprogramme, die in dem ROM gespeichert und nicht gezeigt sind, ausgeführt.
Das Relais 33 ist zwischen der Batterie 8 und der Energiezufuhrschaltung 35 vorgesehen, um eine Verbindung oder eine Unterbrechung zwischen der Batterie 8 und der Energiezufuhrschaltung 35 zu bewirken, wodurch die elektrische Energie der Lenkeinheit mit variablem Übersetzungsverhältnis 1 zugeführt wird oder die Zufuhr der elektrischen Energie zu dieser unterbrochen wird. Das Relais 33 wird durch die Relaisansteuerschaltung 34 ein- oder ausgeschaltet, die durch ein Steuersignal von dem Mikrocomputer 31 betrieben wird.
Die Energiezufuhrschaltung 35 ist mit der Batterie 8 über einen IG-Schalter 9 verbunden, und es wird dem Mikrocomputer 31 ein Strom von der Batterie 8 zugeführt. Die Spannungserfassungsschaltung 36 erfasst die Spannung der Batterie 8 und gibt den erfassten Wert in den Mikrocomputer 31 ein.
Eine Verstärkungsschaltung 22 ist in der Motoransteuerschaltung 50 vorgesehen, verstärkt die Spannung, die von der Batterie 8 zugeführt wird, auf eine vorbestimmte Spannung und legt diese an eine MOSFET-Gate-Ansteuerschaltung 314 (siehe 3), die in der Motoransteuerschaltung 50 enthalten ist, an.
Die Kommunikations-I/F wandelt das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal von dem fahrzeuginternen LAN 7 und das Motordrehzahlsignal in Signale, die von dem Mikrocomputer 31 verarbeitet werden können, und gibt das somit gewandelte Fahrzeuggeschwindigkeitssignal und die somit gewandelte Motordrehzahl in den Mikrocomputer 31 ein. Die Kommunnikations-I/F 38 empfängt außerdem ein Signal zum erzwungenen Variieren des obigen Solldrehwinkels von dem fahrzeuginternen LAN 7, um ein instabiles Verhalten des Fahrzeugs zu unterdrücken, und gibt dieses Signal in den Mikrocomputer 31 ein. Das Signal zum erzwungenen Variieren des Solldrehwinkels wird in die Kommunikations-I/F 38 z. B. dann eingegeben, wenn die zu lenkenden Räder 17 schlüpfen.
Die Lenkwinkelerfassungsschaltung 39 wandelt das Signal von dem Lenkwinkelsensor 6 in eine Form um, die von dem Mikrocomputer 31 erkannt werden kann, und gibt das gewandelte Lenkwinkelsignal in den Mikrocomputer 31 ein.
Die Motoransteuerschaltung 50 weist sechs Schalttransistoren 301 bis 306 auf, die eine bekannte Drei-Phasen-Brückenschaltung bilden, wie es in 3 gezeigt ist, und steuert den Motor 4 durch Steuern der sechs Schalttransistoren mittels Variieren des PWM-Tastverhältnisses auf der Grundlage der Ansteuersignale von dem Mikrocomputer 31 an.
Die Stromerfassungsschaltung 51 erfasst die Ströme, die in die U-Phase, V-Phase und W-Phase des Motors 4 fließen und gibt die erfassten Stromwerte in den AD-Wandler (Analog-DigitalWandler) 31a im Mikrocomputer 31 ein. Die Motoranschlussspannungserfassungsschaltung 52 erfasst Anschlussspannungen der U-Phase, V-Phase und W-Phase des Motors 4 und gibt die erfassten Spannungen in den AD-Wandler 31a im Mikrocomputer 31 ein. In dieser Ausführungsform ist der AD-Wandler 31a im Mikrocomputer 31 vorgesehen, er kann jedoch auch außerhalb des Mikrocomputers 31 vorgesehen sein.
Die Elektrowinkelerfassungsschaltung 53 wandelt den Drehwinkel (elektrischen Winkel), der von dem Ausgangswinkelsensor 14 erfasst wird, der mit dem Reduktionsmechanismus 5 durch die Ausgangswelle 13 verbunden ist, in eine Form um, die von dem Mikrocomputer 31 verarbeitet werden kann, und gibt das somit gewandelte Drehwinkelsignal in den Mikrocomputer 31 ein.
Für den Betrieb der Lenkeinheit mit variablem Übersetzungsverhältnis 1 gibt der Mikrocomputer 31 ein Steuersignal an die Solenoid-Ansteuerschaltung 32 aus, die es ermöglicht, dass ein Strom in das Solenoid 2 fließt, um die Eingangswelle 11 und die Ausgangswelle 13 voneinander zu trennen. Der Motor 4 wird auf der Grundlage der Signale von dem Lenkwinkelsensor 6 und dem fahrzeuginternen LAN 7 angesteuert, und die Drehkraft des Motors 4 wird durch den Reduktionsmechanismus 5 zur Ausgangswelle 13 übertragen. Der Drehmomentsensor (nicht gezeigt) in der elektrisch unterstützten Lenkvorrichtung erfasst das Drehmoment, das durch Addieren des Drehmoments der Ausgangswelle 13, auf die die Drehkraft des Motors 4 übertragen wird, und der Lenkkraft, die vom Fahrer ausgeübt wird, erhalten wird, und der Lenkwinkel der zu lenkenden Räder 17 wird durch den elektrischen Motor der elektrisch unterstützten Lenkvorrichtung variiert.
(Stand der Technik)
Zum leichteren Verständnis des Aufbaus der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 8 und 9A - 9B ein Beispiel zum Steuern der Verstärkungsschaltung 22 gemäß dem Stand der Technik beschrieben. 8 ist ein Flussdiagramm, das den Fluss bzw. Ablauf der Steuerung zeigt, und 9A - 9B sind Diagramme, die die Verstärkungsschaltung und ein Zeitdiagramm zeigen, wenn die Verstärkungsschaltung betrieben wird.
In 9A ist ein Vergleicher 22a ein bekannter Operationsverstärker, mit dem ein Widerstand und ein Kondensator, die nicht gezeigt sind, verbunden sind, um die Spannungen zu vergleichen. In einen Eingangsanschluss des Vergleichers 22a wird eine Spannung Ve (siehe 13B) eingegeben, die von der Zufuhrspannung VB der Batterie 8 abgeteilt wird, und in den anderen Eingangsanschluss wird ein Schwellenwert Vth zur Überwachung einer hohen Spannung der Zufuhrspannung bzw. zugeführten Spannung VB eingegeben. Der Schwellenwert Vth kann in der Verstärkungsschaltung 22 auf der Grundlage der Zufuhrspannung VB ausgebildet werden, oder er kann durch die Energiezufuhrschaltung 35 oder durch den Mikrocomputer 31 ausgebildet werden.
Wenn die Spannung Ve, die von der Zufuhrspannung VB der Batterie 8 abgeteilt wird, kleiner als der Schwellenwert Vth ist, gibt der Vergleicher 22a den H-Pegel aus. Wenn die Spannung Ve größer als der Schwellenwert Vth ist, gibt der Vergleicher 22a den L-Pegel aus. Der Ausgang von dem Vergleicher 22a wird in eine UND-Schaltung 22b eingegeben, die durch eine bekannte Logikschaltung aufgebaut ist, um einen logischen UND-Betrieb mit dem Taktsignal auszuführen und die Schaltelemente T1 und T2 auf der Grundlage der Ergebnisse ein-/auszuschalten. Daher wird das Taktsignal nur wirksam, wenn der Vergleicher 22a den H-Pegel erzeugt, und die Schaltelemente T1 und T2 werden ein-/ausgeschaltet. Die Bezugszeichen 22c und 22d bezeichnen Pufferschaltungen, die den Ausgang von der UND-Schaltung 22b mit einem Spannungspegel weiterzugeben, der zum Ein- oder Ausschalten der Schaltelemente T1 und T2 notwendig ist.
Wenn das Taktsignal den L-Pegel aufweist, werden das Schaltelement T1 ausgeschaltet und das Schaltelement T2 eingeschaltet, um eine Passage von der Batterie 8 (zugeführte Spannung VB) über die Diode D1 zur Verhinderung des Rückflusses, den Kondensator C1, das Schaltelement T2 zur GND (Masse) zu errichten, und es wird in Abhängigkeit von der Zufuhrspannung VB der Batterie 8 eine elektrische Ladung in dem Kondensator C1 angesammelt. Wenn das Taktsignal den H-Pegel aufweist, werden andererseits das Schaltelement T1 eingeschaltet und das Schaltelement T2 ausgeschaltet, um eine Passage vom Kondensator C1 über die Diode D2 zur Verhinderung des Rückflusses zum Kondensator C2 zu errichten, und die elektrische Ladung, die sich in dem Kondensator C1 angesammelt hat, sammelt sich in dem Kondensator C2 an.
Die Zufuhrspannung VB der Batterie 8 wird dem Kondensator C2 wird jederzeit zugeführt. Daher sammelt sich schließlich, wenn die elektrische Ladung, die sich in dem Kondensator C1 angesammelt hat, in dem Kondensator C2 ansammelt, eine elektrische Ladung, die 2 × VB (V) entspricht, in dem Kondensator C2 an. Die Spannung wird 2 × VB (V) zwischen den Anschlüssen des Kondensators C2, d. h. diese Spannung (verstärkte Spannung) wird an die MOSFET-Gate-Ansteuerschaltung 314 angelegt bzw. ausgegeben.
Im Folgenden wird ein Fluss bzw. Ablauf der Ansteuersteuerung für die Verstärkungsschaltung 22 mit Bezug auf das Flussdiagramm der 8 beschrieben. Wenn das Relais 33 eingeschaltet wird, um die Spannung VB von der Batterie 8 zuzuführen (S21), werden die Verstärkungsschaltung 22, die Batteriespannungsüberwachungsschaltung, die in der Verstärkungsschaltung 22 enthalten ist, die Verstärkungsspannungsüberwachungsschaltung, die in der Verstärkungsschaltung 22 enthalte ist, die Motoransteuerschaltung 50 und die MOSFET-Gate-Ansteuerschaltung 314 betrieben (S22). Danach sammelt sich, wie es zuvor beschrieben wurde, eine elektrische Ladung in dem Kondensator C1 und in dem Kondensator C2 an, und die Spannung der Batterie 8 wird verstärkt. Wenn die Zufuhrspannung VB von der Batterie 8 in diesem Zustand ansteigt (S23), erhöht sich die verstärkte Spannung (≈ Zufuhrspannung VB der Batterie 8 × (multipliziert mit) 2), die von der Verstärkungsschaltung 22 ausgegeben wird, weiter (S24, entspricht einem Bereich t1 in 9B).
Die Batteriespannungsüberwachungsschaltung, die den Vergleicher 22a enthält, vergleicht die Spannung Ve, die von der Batteriespannung (Zufuhrspannung) VB abgeteilt wird, mit dem Schwellenwert Vth. Wenn bestimmt wird, dass die Batteriespannung kleiner als Vth1 ist (S25: NEIN), werden die Verstärkungsschaltung 22 und die Motoransteuerschaltung 50 weiter betrieben (S28). Wenn bestimmt wird, dass die Batteriespannung größer als Vth1 ist (S25: JA), werden andererseits das Schaltungselement T1 ausgeschaltet und das Schaltelement T2 eingeschaltet, um den Betrieb der Verstärkungsschaltung 22 zu unterbrechen, und es wird bestimmt, dass die zugeführte Spannung VB zu groß ist, und es wird ein Signal hinsichtlich der Erfassung einer abnormen Bedingung (Signal hinsichtlich einer zu großen Zufuhrspannung) zum Mikrocomputer 31 gesendet. Der Mikrocomputer 31 unterbricht den Betrieb der Motoransteuerschaltung 50 (S26, entspricht einem Bereich t2 in 9B). Es wird bestimmt, dass die Zufuhrspannung zu groß ist, wenn die Zufuhrspannung VB in einen Bereich 68 zu großer Zufuhrspannungen enthalten ist.
Wenn somit bestimmt wird, dass die Batteriespannung in einem Zustand wieder kleiner als Vth1 wird, in dem die Verstärkungsschaltung 22 und die Motoransteuerschaltung 50 nicht betrieben werden, das heißt in einem Zustand, in dem die Batteriespannung größer als Vth1 ist (S27), werden die Verstärkungsschaltung 22 und die Motoransteuerschaltung 50 erneut betrieben (S27 → S25 → S28, entsprechend einem Bereich t3 in 9B).
In 13C ist der Vergleicher 22g ein bekannter Operationsverstärker, mit dem ein Widerstand und ein Kondensator, die nicht gezeigt sind, verbunden sind, um die Spannungen zu vergleichen. In einem Eingangsanschluss des Vergleichers 22g (Spannungsüberwachungseinrichtung der Erfindung) wird eine Spannung Vc (siehe 13A), die von der verstärkten Spannung abgeteilt wird, eingegeben. In den anderen Eingangsanschluss wird eine Spannung Vd (siehe 13B) eingegeben, die von der Zufuhrspannung abgeteilt wird. Durch Vergleichen dieser Werte Vc und Vd kann untersucht werden, ob die Spannung in Bezug auf die Zufuhrspannung VB verstärkt wurde. Wenn Vc kleiner als Vd ist, wird somit bestimmt, dass die Spannung nicht geeignet verstärkt wurde, und es wird ein Signal hinsichtlich der Erfassung einer abnormen Bedingung (Verstärkungsabfallspannungssignal) zum Mikrocomputer 31 gesendet. Der Mikrocomputer 31 hält den Betrieb der Motoransteuerschaltung 50 an.
In 9B verändert sich ein Bezugswert (Vd) zum Vergleich durch den Vergleicher 22g proportional zur Zufuhrspannung VB und wird zu einem Wert, der durch eine geknickte Linie 66 dargestellt ist. Daher ist ein Bereich 67, in dem sich die verstärkte Spannung verringert, ein Bereich, in dem die Werte kleiner als die geknickte Linie 66 sind. Wenn die verstärkte Spannung in dem Bereich 67 liegt, in dem sich die verstärkte Spannung verringert, wird somit bestimmt, dass der Verstärkungsbetrieb nicht richtig ausgeführt wurde.
In den 13A - 13B besteht keine besondere Beschränkung hinsichtlich der Widerstände R1 bis R4 zum Unterteilen bzw. Abteilen der verstärkten Spannung, hinsichtlich der Widerstände R5 bis R7 zum Unterteilen bzw. Abteilen der Zufuhrspannung oder hinsichtlich der Versatzspannungen v1 und v2 insoweit wie die Spannung Ve durch den Vergleicher 22a mit dem Schwellenwert Vth verglichen werden kann und die Spannung Vc durch den Vergleicher 22g mit der Spannung Vd verglichen werden kann.
(Ausführungsform 1)
Im Folgenden wird eine erste Ausführungsform zum Steuern der Verstärkungsschaltung 22 (Verstärkungseinrichtung der Erfindung) durch das erfindungsgemäße Verfahren mit Bezug auf die 4, 5A und 5B beschrieben. 4 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf des Steuerbetriebs darstellt, und die 5A - 5B sind Diagramme, die die Verstärkungsschaltung und ein Zeitdiagramm während des Betriebs der Verstärkungsschaltung zeigen. Das Diagramm der 5B ist eine teilweise Modifikation des Schaltungsdiagramms der 9B und wird somit unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen dargestellt. Außerdem wird derjenige Aufbau, der dem Stand der Technik entspricht, nicht noch einmal beschrieben.
In 5A ist der Vergleicher 22a (Spannungsüberwachungseinrichtung der Erfindung) ein bekannter Operationsverstärker, mit dem eint Widerstand und ein Kondensator, die nicht gezeigt sind, verbunden sind, um die Spannungen zu vergleichen. In einen Eingangsanschluss des Vergleichers 22a wird eine Spannung Va (siehe 12A) eingegeben, die von der verstärkten Spannung abgeteilt wird, und in den anderen Eingangsanschluss wird ein Schwellenwert Vth zur Überwachung einer hohen verstärkten Spannung eingegeben. Der Schwellenwert Vth kann in der Verstärkungsschaltung 22 auf der Grundlage der Zufuhrspannung VB der Batterie 8 ausgebildet werden, oder er kann durch die Energiezufuhrschaltung 35 oder den Mikrocomputer 31 ausgebildet werden.
Wenn die Spannung Va, die von der verstärkten Spannung abgeteilt wird, kleiner als der Schwellenwert Vth ist, gibt der Vergleicher 22a den H-Pegel aus. Wenn die Spannung Va größer als der Schwellenwert Vth ist, gibt der Vergleicher 22a den L-Pegel aus. Der Ausgang von dem Vergleicher 22a wird in eine UND-Schaltung 22b eingegeben, die durch eine bekannte Logikschaltung aufgebaut ist, um eine logische UND-Verknüpfung mit dem Taktsignal zu bestimmen, um auf der Grundlage der Ergebnisse Schaltelemente T1 und T2 ein-/auszuschalten. Daher wird das Taktsignal nur wirksam, wenn der Vergleicher 22a den H-Pegel erzeugt, und die Schaltelemente T1 und T2 werden ein-/ausgeschaltet. Die Betriebe der Schaltelemente T1 und T2 und der Verlauf der elektrischen Ladung, die sich in den Kondensatoren C1 und C2 ansammelt (d. h. die Zusammensetzung des Verstärkungsbetriebs) sind dieselben wie diejenigen des Aufbaus gemäß dem Stand der Technik und werden hier nicht wieder beschrieben.
Ein Ablauf der Ansteuersteuerung für die Verstärkungsschaltung 22 wird im Folgenden mit Bezug auf das Flussdiagramm der 4 beschrieben. Wenn das Relais 33 eingeschaltet wird, um die Spannung VB von der Batterie 8 zuzuführen (S1), werden die Verstärkungsschaltung 22, die Verstärkungsspannungsüberwachungsschaltung, die in der Verstärkungsschaltung 22 enthalten ist, die Motoransteuerschaltung 50 und die MOSFET-Gate-Ansteuerschaltung 314 betrieben (S2). Danach sammelt sich, wie es oben beschrieben ist, eine elektrische Ladung in dem Kondensator C1 und in dem Kondensator C2 an, und die Zufuhrspannung VB der Batterie 8 wird verstärkt. Wenn die Zufuhrspannung VB von der Batterie 8 in diesem Zustand ansteigt (S3), erhöht sich die verstärkte Spannung (≈ Zufuhrspannung VB der Batterie 8 × 2), die von der Verstärkungsschaltung 22 ausgegeben wird, weiter (S4, entsprechend einem Bereich t1 in 5B).
Die Verstärkungsspannungsüberwachungsschaltung mit dem Vergleicher 22a vergleicht die Spannung Va, die von der verstärkten Spannung abgeteilt wird, mit dem Schwellenwert Vth. Wenn bestimmt wird, dass die verstärkte Spannung kleiner als Vth2 ist (S5: NEIN), werden die Verstärkungsschaltung 22 und die Motoransteuerschaltung 50 weiter betrieben (S8). Wenn bestimmt wird, dass die verstärkte Spannung größer als Vth2 ist (S5: JA), erzeugt andererseits der Vergleicher 22a den L-Pegel, um das Taktsignal ungültig zu machen, wodurch das Schaltelement T1 ausgeschaltet und das Schaltelement T2 eingeschaltet wird, um den Betrieb der Verstärkungsschaltung 22 zu unterbrechen. Die Motoransteuerschaltung 50 wird jedoch weiter betrieben (S6, entsprechend einem Bereich t2 in 5B). Wenn somit bestimmt wird, dass die verstärkte Spannung in einem Zustand wieder kleiner als Vth2 wird, in dem die Verstärkungsschaltung 22 nicht betrieben wird (S7), erzeugt der Vergleicher 22a den H-Pegel, um das Taktsignal gültig zu machen, wodurch die Schaltelemente T1 und T2 ein-/ausgeschaltet werden. Die Verstärkungsschaltung 22 wird erneut betrieben (S7 → S5 → S8, entsprechend einem Bereich t3 in 5B). Wie es in 5B gezeigt ist, wird die Verstärkungsschaltung 22 wiederholt betrieben (entsprechend einem Bereich t5 in 5B) und angehalten (entsprechend einem Bereich t4 in 5B), um kontinuierlich die verstärkte Spannung als ein Wert nahe bei Vth2 zu erzeugen.
In 12C sind der Vergleicher 22g und der Vergleicher 22h (Spannungsüberwachungseinrichtung der Erfindung) bekannte Operationsverstärker, die mit Widerständen und Kondensatoren, die nicht gezeigt sind, verbunden sind, um die Spannungen zu vergleichen. In einen Eingangsanschluss der Vergleichers 22g wird eine Spannung Vc (siehe 12A) eingegeben, die von der verstärkten Spannung abgeteilt wird. In den anderen Eingangsanschluss wird eine Spannung Vd (siehe 12B) eingegeben, die von der zugeführten Spannung VB abgeteilt wird. Außerdem wird in einen Eingangsanschluss des Vergleichers 22h eine Spannung Vb (siehe 12A) eingegeben, die von der verstärkten Spannung abgeteilt wird. In den anderen Eingangsanschluss wird ein Schwellenwert Vth zum Überwachen einer niedrigen verstärkten Spannung eingegeben. Die Ausgänge der Vergleicher 22g und 22h werden in eine UND-Schaltung 22i einschließlich einem bekannten UND-Element eingegeben.
Durch Vergleichen der obigen Werte kann untersucht werden, ob die Spannung geeignet verstärkt wurde. Wenn Vb kleiner als der Schwellenwert Vth ist und Vc kleiner als Vd ist, wird somit bestimmt, dass die Spannung nicht geeignet verstärkt wurde, und es wird ein Signal hinsichtlich der Erfassung einer abnormen Bedingung (Verstärkungsabfallspannungssignal) zum Mikrocomputer 31 gesendet. Der Mikrocomputer hält den Betrieb der Motoransteuerschaltung 50 an.
In 5B ändert sich ein Bezugswert (Vd) zum Vergleichen durch den Vergleicher 22g proportional zur Zufuhrspannung VB und wird zu einem Wert, der durch eine gerade Linie 63 dargestellt ist. Andererseits nimmt der Bezugswert (Vth) zum Vergleich durch den Vergleicher 22h einen konstanten Wert an und wird zu einem Wert, der durch die gerade Linie 64 dargestellt ist. Daher ist ein Bereich 65, in dem sich die verstärkte Spannung verringert, ein Bereich, in dem die verstärkten Spannungen kleiner als die Werte der geraden Linien 63 und 64 sind. Wenn die verstärkte Spannung in dem Bereich 65 liegt, in dem die sich die verstärkte Spannung verringert, wird somit bestimmt, dass der Verstärkungsbetrieb nicht geeignet durchgeführt wurde.
In den 12A - 12C besteht keine besondere Beschränkung hinsichtlich der Widerstände R1 bis R4 zum Unterteilen bzw. Abteilen der verstärkten Spannung, hinsichtlich der Widerstände R5 bis R7 zum Unterteilen bzw. Abteilen der Zufuhrspannung VB oder hinsichtlich der Versatzspannungen v1 und v2 insoweit wie die Spannung Va durch den Vergleicher 22a mit dem Schwellenwert Vth verglichen werden kann, die Spannung Vc durch den Vergleicher 22g mit der Spannung Vd verglichen werden kann und die Spannung Vb durch den Vergleicher 22h mit dem Schwellenwert Vth verglichen werden kann.
(Ausführungsform 2)
Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform zum Steuern der Verstärkungsschaltung 22 (Verstärkungseinrichtung der Erfindung) durch das erfindungsgemäße Verfahren mit Bezug auf 6 beschrieben. 6 ist eine teilweise Modifikation des Schaltungsdiagramms der 5 und wird somit unter Verwendung derselben Bezugszeichen erläutert. Die Abschnitte, die denjenigen der Ausführungsform 1 gleichen, werden nicht erneut beschrieben.
In 6 ist der Vergleicher 22e (Spannungsüberwachungseinrichtung der Erfindung) ein bekannter Operationsverstärker, mit dem ein Widerstand und ein Kondensator, die nicht gezeigt sind, verbunden sind, um die Spannungen zu vergleichen. In einen Eingangsanschluss des Vergleichers 22e wird eine Spannung Va (siehe 12A) eingegeben, die von der verstärkten Spannung abgeteilt wird, und in den anderen Eingangsanschluss wird ein Schwellenwert Vth zur Überwachung einer hohen verstärkten Spannung eingegeben. Der Schwellenwert Vth kann in der Verstärkungsschaltung 22 auf der Grundlage der Zufuhrspannung VB der Batterie 8 ausgebildet werden, oder er kann durch die Energiezufuhrschaltung 35 oder durch den Mikrocomputer 31 ausgebildet werden.
Wenn die Spannung Va, die von der verstärkten Spannung abgeteilt wird, kleiner als der Schwellenwert Vth ist, gibt der Vergleicher 22e den H-Pegel aus. Wenn die Spannung Va größer als der Schwellenwert Vth ist, gibt der Vergleicher 22e den L-Pegel aus. Der Ausgang von dem Vergleicher 22e wird in einen bekannten Halbleiterschalter oder eine Schaltschaltung S5, die durch eine Relaisschaltung oder Ähnlichem aufgebaut ist, eingegeben. Die Schaltschaltung S5 wird durch den Ausgang des H-Pegels des Vergleichers 22e eingeschaltet und durch den Ausgang des L-Pegels ausgeschaltet.
Der Aufbau, bei dem sich die elektrische Ladung durch das Ein-/Ausschalten des Schaltelements T1 und des Schaltelements T2 in dem Kondensator C1 und dem Kondensator C2 ansammelt, ist derselbe wie derjenige der Ausführungsform 1 und wird hier nicht erneut beschrieben.
Ein Ablauf der Ansteuersteuerung für die Verstärkungsschaltung 22 wird mit Bezug auf das Flussdiagramm der 4 beschrieben. Wenn das Relais 33 eingeschaltet wird, um die Spannung VB von der Batterie 8 zuzuführen (S1), werden die Verstärkungsspannungsüberwachungsschaltung, die in der Verstärkungsschaltung 22 enthalten ist, die Verstärkungsschaltung 22, die Motoransteuerschaltung 50 und die MOSFET-Gate-Ansteuerschaltung 314 betrieben (S2). Hier wird die Schaltschaltung S5 eingeschaltet. Danach sammelt sich, wie es oben beschrieben ist, eine elektrische Ladung in dem Kondensator C1 und in dem Kondensator C2 an, und die Spannung der Batterie 8 wird verstärkt. Wenn die Zufuhrspannung VB von der Batterie 8 in diesem Zustand verstärkt wird (S3), erhöht sich die verstärkte Spannung (≈ Zufuhrspannung VB der Batterie 8 × 2), die von der Verstärkungsschaltung 22 ausgegeben wird, weiter (S4, entsprechend einem Bereich t1 in 5B).
Die Verstärkungsspannungsüberwachungsschaltung mit dem Vergleicher 22e vergleicht die Spannung Va, die von der verstärkten Spannung abgeteilt wird, mit dem Schwellenwert Vth. Wenn bestimmt wird, dass die verstärkte Spannung kleiner als Vth2 ist (S5: NEIN), erzeugt der Vergleicher 22e den H-Pegel, um die Schaltschaltung S5 einzuschalten, und die Verstärkungsschaltung 22 und die Motoransteuerschaltung 50 werden weiterhin betrieben (S8). Wenn bestimmt wird, dass die verstärkte Spannung größer als Vth2 ist (S5: JA), erzeugt der Vergleicher 22e andererseits den L-Pegel, um die Schaltschaltung S5 auszuschalten, wodurch die Zufuhr der elektrischen Energie von der Batterie 8 unterbrochen wird.
Daher wird sogar dann, wenn das Schaltelement T1 ausgeschaltet und das Schaltelement T2 eingeschaltet ist, keine Passage von der Batterie 8 (Zufuhrspannung VB) über die Diode D1, den Kondensator C1, das Schaltelement T2 zur GND (Masse) errichtet, und es sammelt sich keine elektrische Ladung in dem Kondensator C1 an. Es wird ebenfalls keine Passage von der Batterie 8 (Zufuhrspannung VB) über das Schaltelement T1, dem Kondensator C1 zur Diode D2 errichtet, und die elektrische Ladung, die sich in dem Kondensator C1 angesammelt hat, wird nicht in dem Kondensator C2 angesammelt. Wenn die Schaltschaltung S5 ausgeschaltet wird, klingt der Betrieb der Verstärkungsschaltung 22 ab. Die Motoransteuerschaltung 50 fährt jedoch mit dem Betrieb fort (S6, entsprechend einem Bereich t2 in 5B).
Wenn somit bestimmt wird, dass die verstärkte Spannung in einem Zustand wieder kleiner als Vth2 wird, in dem die Verstärkungsschaltung 22 nicht betrieben wird (S7), erzeugt der Vergleicher 22e den H-Pegel, um die Schaltschaltung S5 einzuschalten, wodurch die elektrische Energie erneut von der Batterie 8 zugeführt wird und die Verstärkungsschaltung 22 erneut betrieben wird (S7 → S5 → S8, entsprechend einem Bereich t3 in 5B). Wie es in 5B gezeigt ist, wird die elektrische Energie von der Batterie 8 wiederholt zugeführt (entsprechend einem Bereich t5 in 5B) und unterbrochen (entsprechend einem Bereich t4 in 5B), um kontinuierlich eine verstärkte Spannung zu erzeugen, die dicht beim Wert von Vth2 liegt.
Das Verfahren zum Bestimmen, ob die Spannung bis zu einem Grad verstärkt wurde, der notwendig und ausreichend ist, entspricht demjenigen, das oben in der Ausführungsform 1 mit Bezug auf die 5B und 12 beschrieben wurde, und wird hier nicht erneut genauer beschrieben.
(Ausführungsform 3 der Erfindung)
Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform zum Steuern der Verstärkungsschaltung 22 (Verstärkungseinrichtung der Erfindung) durch das erfindungsgemäße Verfahren mit Bezug auf 7 beschrieben. 7 ist eine teilweise Modifikation des Schaltungsdiagramms der 5A - 5B und wird somit unter Verwendung derselben Bezugszeichen erläutert. Die Abschnitte, die denjenigen der Ausführungsform 1 gleichen, werden hier nicht erneut beschrieben.
In 7 ist der Vergleicher 22f (Spannungsüberwachungseinrichtung der Erfindung) ein bekannter Operationsverstärker, mit dem ein Widerstand und ein Kondensator, die nicht gezeigt sind, verbunden sind, um die Spannungen zu vergleichen. In einen Eingangsanschluss des Vergleichers 22f wird eine Spannung Va (siehe 12A) eingegeben, die von der verstärkten Spannung abgeteilt wird, und in den anderen Eingangsanschluss wird ein Schwellenwert Vth zur Überwachung einer hohen verstärkten Spannung eingegeben. Der Schwellenwert Vth kann in der Verstärkungsschaltung 22 auf der Grundlage der Zufuhrspannung VB der Batterie 8 ausgebildet werden, oder er kann durch die Energiezufuhrschaltung 35 oder durch den Mikrocomputer 31 ausgebildet werden.
Wenn die Spannung Va, die von der verstärkten Spannung abgeteilt wird, kleiner als der Schwellenwert Vth ist, gibt der Vergleicher 22f den H-Pegel aus. Wenn die Spannung Va größer als der Schwellenwert Vth ist, gibt der Vergleicher 22f den L-Pegel aus. Der Ausgang vom Vergleicher 22f wird in bekannte Halbleiterschalter- oder Schaltschaltungen S1, S2, S3 und S4, die durch Relaisschaltungen oder Ähnliches aufgebaut sind, eingegeben. Diese vier Schaltschaltungen werden durch den Ausgang des H-Pegels des Vergleichers 22f eingeschaltet und durch den Ausgang des L-Pegels ausgeschaltet.
Der Aufbau, bei dem sich die elektrische Ladung in dem Kondensator C1 und dem Kondensator C2 durch das Ein-/Ausschalten des Schaltelementes T1 und des Schaltelementes T2 ansammelt, ist derselbe wie derjenige der Ausführungsform 1 und wird hier nicht erneut beschrieben.
Ein Ablauf der Ansteuersteuerung für die Verstärkungsschaltung 22 wird mit Bezug auf das Flussdiagramm der 4 beschrieben. Wenn das Relais 33 eingeschaltet wird, um die Spannung VB von der Batterie 8 zuzuführen (S1), werden die Verstärkungsschaltung 22, die Verstärkungsspannungsüberwachungsschaltung, die in der Verstärkungsschaltung 22 enthalten ist, die Motoransteuerschaltung 50 und die MOSFET-Gate-Ansteuerschaltung 314 betrieben (S2). Hier werden die Schaltschaltungen S1, S2, S3 und S4 eingeschaltet. Danach sammelt sich, wie es oben beschrieben ist, elektrische Ladung in dem Kondensator C1 und in dem Kondensator C2 an, und die Spannung der Batterie 8 wird verstärkt. Wenn die Zufuhrspannung VB von der Batterie 8 in diesem Zustand verstärkt wird (S3), erhöht sich die verstärkte Spannung (≈ Zufuhrspannung VB der Batterie 8 x 2), die von der Verstärkungsschaltung 22 ausgegeben wird, weiter (S4, entsprechend einem Bereich t1 in 5B).
Die Verstärkungsspannungsüberwachungsschaltung mit dem Vergleicher 22f vergleicht die Spannung Va, die von der verstärkten Spannung abgeteilt wird, mit dem Schwellenwert Vth. Wenn bestimmt wird, dass die verstärkte Spannung kleiner als Vth2 ist (S5: NEIN), werden die Verstärkungsschaltung 22 und die Motoransteuerschaltung 50 weiterhin betrieben (S8). Wenn bestimmt wird, dass die verstärkte Spannung größer als Vth2 ist (S5: JA), erzeugt andererseits der Vergleicher 22f den L-Pegel, um die Schaltschaltungen S1, S2, S3 und S4 auszuschalten. Daher wird keine Passage zum Ansammeln der elektrischen Ladung im Kondensator C1 ausgebildet, und es sammelt sich keine elektrische Ladung im Kondensator C1. Daher wird auch keine Passage vom Kondensator C1 zum Kondensator C2 errichtet, und die Spannung wird nicht verstärkt. Die Motoransteuerschaltung 50 fährt jedoch mit ihrem Betrieb fort (S6, entsprechend einem Bereich t2 in 5B).
Wenn somit bestimmt wird, dass die verstärkte Spannung in einem Zustand wieder kleiner als Vth2 wird, in dem die Verstärkungsschaltung 22 nicht betrieben wird (S7), erzeugt der Vergleicher 22f den H-Pegel, um die Schaltschaltungen S1, S2, S3 und S4 einzuschalten, wodurch die Verstärkungsschaltung 22 erneut betrieben wird (S7 → S5 → S8, entsprechend einem Bereich t3 in 5B). Wie es in 5B gezeigt ist, wird die elektrische Energie von der Batterie 8 wiederholt zugeführt (entsprechend einem Bereich t5 in 5B) und unterbrochen (entsprechend einem Bereich t4 in 5B), um kontinuierlich eine verstärkte Spannung zu erzeugen, die dicht bei dem Wert von Vth2 liegt.
In dem Schaltungsdiagramm der 7 ist es möglich, einen Aufbau, der nur die Schaltschaltungen S1 und S2 verwendet, einen Aufbau, der nur die Schaltschaltungen S3 und S4 aufweist, oder den Aufbau, der nur eine der Schaltungen S1 bis S4 aufweist, zu verwenden.
Außerdem ist das Verfahren zum Bestimmen, ob die Spannung bis zu einem Grad verstärkt wurde, der notwendig und ausreichend ist, dasselbe wie dasjenige, das oben in der Ausführungsform 1 mit Bezug auf die 5B und 12 beschrieben wurde, und wird hier nicht erneut im Detail beschrieben.
(Anwendung auf die elektrisch unterstützte Lenkvorrichtung)
Die Dreherfassungsvorrichtung der Erfindung kann vorzugsweise für die elektrisch unterstützte Lenkvorrichtung (EPS-Vorrichtung) für ein Fahrzeug angewendet werden. 11 ist ein Diagramm, das schematisch den Aufbau einer elektrisch unterstützten Lenkvorrichtung 101 darstellt. Ein Lenkrad 110 ist mit einer Lenkwelle 112a verbunden, die an ihrem unteren Ende mit einem Drehmomentsensor 111 verbunden ist, der die Bewegung des Lenkrads 110 erfasst. Ein oberes Ende einer Ritzelwelle 112b ist mit dem Drehmomentsensor 111 verbunden. Außerdem ist ein nicht gezeigtes Ritzel an dem unteren Ende der Ritzelwelle 112b vorgesehen, die in Eingriff mit einer Zahnstange 118 in einer Lenkgetriebebox 116 gebracht ist. Außerdem sind die Enden an einer Seite der Zugstangen 120 mit beiden Enden der Zahnradstange 118 verbunden, und zu lenkende Rollräder 124 sind mit den Enden an der anderen Seite der Zugstangen 120 über Gelenkarme 122 verbunden. Außerdem ist ein Motor 115 an der Ritzelwelle 112b über ein Getriebe (nicht gezeigt) befestigt. Der Motor 115 kann konzentrisch zur Zahnstange 118 angebracht sein.
Eine Lenksteuereinheit 130 enthält eine CPU 131, einen RAM 132, einen ROM 133 und eine I/O (Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle) 134 sowie eine Busleitung 135 zur Verbindung dieser bekannten Elemente. Die CPU 131 führt den Steuerbetrieb auf der Grundlage des Programms und von Daten, die in dem ROM 133 und dem RAM 132 gespeichert sind, aus. Der ROM 133 enthält einen Programmspeicherbereich 133a und einen Datenspeicherbereich 133b. Der Programmspeicherbereich 133a speichert ein EPS-Steuerprogramm 133p. Der Datenspeicherbereich 133b speichert die Daten, die zum Betrieb des EPS-Steuerprogramms 133p notwendig sind.
In der Lenksteuereinheit 130 führt die CPU 131 das EPS-Steuerprogramm, das in dem ROM 133 gespeichert ist, aus, um ein von dem Motor 115 zu erzeugendes Ansteuerdrehmoment zu berechnen, das einem Drehmoment, das von dem Drehmomentsensor 111 erfasst wird, sowie einem Lenkwinkel, der von dem Lenkwinkelsensor 113 erfasst wird, entspricht. Eine Spannung wird über die Motoransteuerschaltung 114 an den Motor 115 angelegt, um das berechnete Ansteuerdrehmoment zu erzeugen.
Die Lenksteuereinheit 130 und die Motoransteuerschaltung 114 in der elektrisch unterstützten Lenkvorrichtung 101 sind nahezu auf dieselbe Weise wie diejenigen der Steuereinheit mit variablem Übersetzungsverhältnis 1 der 1 aufgebaut. Daher kann die elektronische Steuereinheit der Erfindung darauf angewendet werden.

Claims

Elektronische Steuereinheit (3), die aufweist: einen Umwandler (31), der Schaltelemente (301 - 303) ansteuert und eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandelt, eine Verstärkungseinrichtung (22), die eine Gleichspannung, die eingegeben wird, in eine Spannung innerhalb eines Spannungsbereiches umwandelt, in dem eine Spannung, die zum Ansteuern der Schaltelemente (301 - 303) benötigt wird, einem unteren Grenzwert entspricht, und eine maximal verstärkte Spannung einem oberen Grenzwert entspricht, und die die verstärkte Spannung an den Umwandler (31) ausgibt, und eine Spannungsüberwachungseinrichtung (22f) zum Überwachen eines Spannungswertes, der verstärkt ist, wobei die Verstärkungseinrichtung (22) einen Kondensator (C1), zwei Dioden (D1, D2) und zwei MOSFETs (T1, T2) zur Durchführung des Verstärkungsbetriebs und weitere Schaltelemente (S1, S2, S3, S4) zur Unterbrechung der Stromzufuhr zu den MOSFETs (T1, T2) und dem Kondensator (C1) enthält, und wobei die Verstärkungseinrichtung (22) wiederholt betrieben und gestoppt wird, indem die Spannungsüberwachungseinrichtung (22f) die weiteren Schaltelemente (S1, S2, S3, S4) öffnet oder schließt, um kontinuierlich die verstärkte Spannung nahe bei einem vorbestimmten Schwellenwert zu erzeugen, der in dem Spannungsbereich enthalten ist, durch (i) Bewirken des Verstärkungsbetriebs, wenn die überwachte Spannung kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist, (ii) Unterbrechen des Verstärkungsbetriebs, wenn die überwachte Spannung größer als der vorbestimmte Schwellenwert wird, und (iii) erneutes Bewirken des Verstärkungsbetriebs, wenn die überwachte Spannung kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert wird.
Verwendung einer elektronische Steuereinheit (3) nach Anspruch 1 in einer elektrisch unterstützten Lenkvorrichtung (101) für ein Fahrzeug, in dem ein Motor (4) auf der Grundlage des Lenkbetriebes durch einen Fahrer erregt und angesteuert wird, um einem Lenkmechanismus (15) ein Lenkunterstützungsdrehmoment zuzuführen, wobei der Motor (4) durch den Umwandler (31) angesteuert wird.
Verwendung einer elektronischen Steuereinheit (3) nach Anspruch 1 in einer Lenkeinheit mit variablem Übersetzungsverhältnis (1) für ein Fahrzeug, wobei die Lenkeinheit aufweist: eine Eingangswelle (11), die mit der Lenkungsseite des Fahrzeugs verbindbar ist, eine Ausgangswelle (13), die mit der Seite der zu lenkenden Fahrzeugräder verbindbar ist, und eine mechanische Einheit mit variablem Übersetzungsverhältnis, die den Drehwinkel der Ausgangswelle (13) in Bezug auf den Drehwinkel der Eingangswelle (11) durch Erregen und Ansteuern eines Motors (4) ändert, wobei der Motor (4) von dem Umwandler (31) angesteuert wird.