-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Servolenkvorrichtung, welche
durch einen Motor betrieben wird.
-
Bei
einer Servolenkvorrichtung, welche durch einen Motor betrieben wird,
wie in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2000-318 627
(Patentschrift 1) beschrieben, ist eine Struktur vorhanden, bei
welcher eine Drehung eines Elektromotors durch eine Getriebevorrichtung
in einen linearen Hub einer Zahnwelle umgewandelt wird. Beim Lenken
eines bereiften Rads, welches mit der Zahnwelle verbunden ist, wird
ein bürstenloser
Motor als Elektromotor verwendet. Eine Spulenwicklung ist in Umlauf
um eine Kernnut eines Statorkerns gewickelt, die Spulenwicklung
wird durch eine Motorbetriebseinrichtung mit einem Betriebsstrom
versorgt, und der Elektromotor steuert die Vorrichtung geeignet,
um eine vorbestimmte Lenkunterstützungskraft zu
erzeugen.
-
Ein
Steuersystem des Elektromotors umfaßt einen Lenkdrehmomentssensor,
welcher ein Lenkdrehmoment erfaßt,
welches der Fahrer auf das Lenkrad überträgt, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor,
welcher eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs erfaßt, einen Stromsensor, welcher
einen Motorstrom erfaßt,
welcher tatsächlich
durch den Elektromotor fließt,
und einen Drehpositionssensor, welcher eine Drehposition eines Rotors
des Elektromotors erfaßt.
-
Wenn
der Lenkdrehmomentssensor das Lenkdrehmoment erfaßt, wird
der Elektromotor mit einem Zielstrom versorgt, so daß das Lenkdrehmoment
mit einem Ziel-Lenkdrehmoment übereinstimmt,
und der Lenkvorgang wird auf der Basis eines Ausgangsdrehmoments
des Elektromotors unterstützt.
Das Ziel-Lenkdrehmoment
wird entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit, welche durch den
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erfaßt wird, abgeglichen. Wenn
der Elektromotor mit dem Zielstrom versorgt wird, wird der Motorstrom,
welcher tatsächlich
durch den Elektromotor fließt,
durch den Stromsensor erfaßt,
und eine Rückführregelung
wirkt derart, daß keine
Abweichung zwischen dem tatsächlichen
Strom und dem Zielstrom erzeugt wird.
-
Der
Elektromotor umfaßt
einen bürstenlosen Motor,
einen Stator, welcher mehrere Phasen von Spulenwicklungen aufweist,
und einen Rotor, welcher einen Permanentmagneten aufweist. Es ist
notwendig, die Versorgung von Erregungsphasen der jeweiligen Spulenwicklungen
mit dem Betriebsstrom entsprechend dem Drehwinkel des Rotors (der
Position der magnetischen Pole des Permanentmagneten) sequentiell
zu schalten. Dementsprechend wird die Drehposition des Rotors bezüglich des
Stators durch den Drehwinkelsensor erfaßt.
-
Bei
der herkömmlichen
Servolenkvorrichtung, welche durch einen Motor betrieben wird, wird, wenn
eine Anomalie des Sensors in dem Steuersystem des Elektromotors
erfaßt
wird, eine Unterstützungsbeendigungssteuerung,
welche jegliche Einspeisung in den Elektromotor beendet, ausgeführt. In einem
Unterstützungsbeendigungs-Steuerzustand wirkt
die Unterstützung
des Elektromotors nicht auf das Steuersystem, wobei der Fahrer die
Lenkung von der Eingangswelle her über die Zahnwelle ausführt. Die
Motorreibung wirkt gleichzeitig als Last, wenn die Unterstützung des
Elektromotors nicht erzeugt wird, und das Lenkdrehmoment des Fahrers
wird zu groß.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Anforderungen zum
Ausüben
eines Lenkdrehmoments an den Fahrer selbst dann zu vermindern, wenn
bei einer Servolenkvorrichtung, welche durch einen Motor betrieben
wird, die Unterstützung eines
Elektromotors beendet wird, wenn eine Anomalie in einem Steuersystem
des Elektromotors erzeugt wird.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Servolenkvorrichtung, welche durch einen Motor
betrieben wird, unter Verwendung eines bürstenlosen Motors als Elektromotor
geschaffen. Eine Spulenwicklung in Umlauf um eine Nut eines Statorkerns versorgt
die Spulenwicklung durch eine Motorbetriebseinrichtung mit einem
Betriebsstrom, wenn eine Drehung des Elektromotors durch eine Getriebevorrichtung
in einen Hub einer Zahnwelle umgewandelt wird, um das Lenken eines
bereiften Rads, welches mit der Zahnwelle verbunden ist, zu unterstützen. Eine
Hauptspulenwicklung und eine Hilfsspulenwicklung sind in paralleler
Anordnung in Umlauf um die gleiche Nut gewickelt. Die Motorbetriebseinrichtung weist
ein Haupttreiberglied, welches mindestens in die Hauptspulenwicklung
einspeist, und ein Hilfstreiberglied, welches lediglich in die Hilfsspulenwicklung einspeist,
auf, wobei das Haupttreiberglied betätigt wird, um es zu ermöglichen,
die Lenkung unter normalen Steuersystembedingungen des Elektromotors zu
unterstützen,
und das Hilfstreiberglied betätigt wird,
um eine Hilfssteuerung auszuführen,
welche einem Motorreibungsdrehmoment unter anomalen Steuersystembedingungen
des Elektromotors entspricht.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNG
-
1 ist
eine schematische Ansicht, welche eine Servolenkvorrichtung, welche
durch einen Motor betrieben wird, darstellt;
-
2 ist
eine Querschnittsansicht, welche einen Hauptabschnitt der Servolenkvorrichtung,
welche durch einen Motor betrieben wird, darstellt;
-
3 ist
ein Blockschaltbild, welches ein Steuersystem der Servolenkvorrichtung,
welche durch einen Motor betrieben wird, darstellt; und
-
4A und 4B stellen
eine Motorbetriebseinrichtung dar, wobei 4A ein
Blockschaltbild ist, welches einen Arbeitszustand eines Haupttreiberglieds
darstellt, und 4B ist ein Blockschaltbild,
welches einen Arbeitszustand eines Hilfstreiberglieds darstellt.
-
BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
Eine
Servolenkvorrichtung 10, welche durch einen Motor betrieben
wird, ist aufgebaut, wie in 1 und 2 dargestellt,
so daß ein
Lenkgetriebekasten 11 in einen ersten Lenkgetriebekasten 11A und
einen zweiten Lenkgetriebekasten 11B geteilt ist. Eine
Lenkeingangswelle 12 ist an dem Lenkgetriebekasten 11 (dem
ersten Lenkgetriebekasten 11A) gelagert. Eine Abtriebswelle
(nicht dargestellt) ist über eine
Torsionsstange 13 (nicht dargestellt) mit der Eingangswelle 12 verbunden.
Ein Ritzel (nicht dargestellt) ist an der Abtriebswelle vorgesehen,
und eine Zahnwelle 14, welche mit dem Ritzel ineinandergreift,
ist geeignet an dem Lenkgetriebekasten 11 gelagert, um
sich in seitlicher Richtung geradlinig frei bewegen zu können. Ein
Lenkdrehmomentssensor 41 ist zwischen der Eingangswelle 12 und
der Abtriebswelle vorgesehen. Der Lenkdrehmomentssensor erfaßt ein Lenkdrehmoment
auf der Basis eines relativen Drehverschiebungsbetrags, welcher
zwischen der Eingangswelle 12 und der Abtriebswelle aufgrund
einer elastischen Torsionsverformung der Torsionsstange erzeugt
wird, welche durch ein Lenkdrehmoment, welches auf ein Lenkrad ausgeübt wird,
bewirkt wird, und gibt ein Lenkdrehmomentssignal Ts aus.
-
Die
Servolenkvorrichtung 10, welche durch einen Motor betrieben
wird, ist derart aufgebaut, daß beide
Endabschnitte der Zahnwelle 14 nach beiden Seiten des Lenkgetriebekastens 11 (des
ersten Lenkgetriebekastens 11A und des zweiten Lenkgetriebekastens 11B)
hervorstehen. Zuganker 15A und 15B sind mit den
Endabschnitten der Zahnwelle 14 verbunden, und linke und
rechte bereifte Räder
können über die
Zuganker 15A und 15B gelenkt werden, welche bei
einer linearen Bewegung der Zahnwelle 14 wirken.
-
Die
Servolenkvorrichtung 10, welche durch einen Motor betrieben
wird, ist aufgebaut, wie in 2 dargestellt,
so daß ein
Elektromotor 20 durch eine Montageschraube 21 (nicht
dargestellt) an einer Halterung 22 befestigt ist. Die Halterung 22 kann durch
eine Montageschraube 23 (nicht dargestellt) an dem ersten
Lenkgetriebekasten 11A angebracht und von diesem gelöst werden.
Die Halterung 22, welche an dem ersten Lenkgetriebekasten 11A angebracht
und in einen inneren Abschnitt des ersten Lenkgetriebekastens 11A eingesetzt
ist, weist einen Spalt auf, welcher im Hinblick auf Innenumfangsflächen der
Lenkgetriebekästen 11A und 11B fixiert
ist. Die Halterung 22 kann bezüglich des ersten Lenkgetriebekastens 11A schwingen
und kann eine Spannkraft eines Riemens 37 einstellen, welcher
um eine Antriebsscheibe 24 und eine Abtriebsscheibe 36 gewickelt
ist, welche an der Halterung 22 in einer derartigen Weise
gelagert sind, wie nachfolgend erwähnt.
-
Die
Halterung 22 hält
eine Zentralwelle 25 der Antriebsscheibe 24 und
greift aus der Axialrichtung mit einem Verbindungsstück 26A in
einem Wellenende einer Drehwelle 20A des Elektromotors 20 und
einem Verbindungsstück 26B in
dem Wellenende der Zentralwelle 25 ineinander und befestigt
diese aneinander, wobei ein Zwischenverbindungsstück 26C,
wie etwa ein Gummi oder ähnliches,
zwischen Zähnen
eingeklemmt ist, welche bei einer Vielzahl von Positionen in Umfangsrichtung
vorgesehen sind. Bei der Antriebsscheibe 24 sind beide
Endabschnitte der Zentralwelle 25 an beiden Enden durch
Lager 27 und 28 an der Halterung 22 gelagert.
Die Bezugsziffer 29 bezeichnet einen Haltering zum Befestigen
eines Außenrings
des Lagers 28.
-
Die
Servolenkvorrichtung 10, welche durch einen Motor betrieben
wird, ist mit einer Kugelspindel 30 in der Zahnwelle 14 versehen,
weist eine Kugelumlaufmutter 32 auf, welche sich über eine
Kugel 31 mit der Kugelspindel 30 in Eingriff befindet,
und lagert die Kugelumlaufmutter 32 durch ein Lager 33, welches
an dem Lenkgetriebekasten 11 (dem ersten Lenkgetriebekasten 11A)
angebracht ist. Die Bezugsziffer 34 bezeichnet eine Außenring-Befestigungsmutter
des Lagers 33. Die Abtriebsscheibe 36 ist durch
eine Arretiermutter 35 an dem Außenumfang der Kugelumlaufmutter 32 befestigt.
-
Die
Servolenkvorrichtung 10, welche durch einen Motor betrieben
wird, ist derart aufgebaut, daß der
Riemen 37 auf der Seite des Elektromotors um die Antriebsscheibe 24 und
auf der Seite der Kugelumlaufmutter 32 um die Abtriebsscheibe 36 gewickelt
ist. Die Drehung des Elektromotors 20 wird über die
Antriebsscheibe 24, den Riemen und die Abtriebsscheibe 36 auf
die Kugelumlaufmutter 32 übertragen und wird in den linearen
Hub der Zahnwelle 14 umgewandelt, wodurch die Zahnwelle 14 geradlinig bewegt
wird. Dementsprechend ist der Elektromotor 20 geeignet
aufgebaut, um eine Lenkunterstützungskraft
auf das Lenksystem auszuüben.
-
Die
Servolenkvorrichtung 10, welche durch einen Motor betrieben
wird, ist derart aufgebaut, daß die
Zahnwelle 14, welche an dem ersten Lenkgetriebekasten 11A gelagert
ist, in den zweiten Lenkgetriebekasten 11B eingesetzt ist,
daß die
Halterung 22, welche an dem ersten Lenkgetriebekasten 11A angebracht
ist, durch den zweiten Lenkgetriebekasten 11B bedeckt wird,
und daß der
erste Lenkgetriebekasten 11A und der zweite Lenkgetriebekasten 11B durch
eine Vielzahl von Verbindungsschrauben 16 befestigt sind.
Der erste Lenkgetriebekasten 11A und der zweite Lenkgetriebekasten 11B werden
durch eine Vielzahl von rohrförmigen
Schlagdübeln 16A dadurch
positioniert, daß beide
Endabschnitte der Schlagdübel 16A darin
eingeschlagen werden, und werden danach durch die Verbindungsschraube 16 verschraubt,
welche in jeden der der Schlagdübel 16A eingesetzt
ist, wie in 2 dargestellt. Eine der Verbindungsschrauben
wird durch den Schlagdübel 16A in
den ersten Lenkgetriebekasten 11A geschraubt, und die andere
der Verbindungsschrauben 16 wird durch den Schlagdübel 16A in
den zweiten Lenkgetriebekasten 11B geschraubt.
-
Die
Servolenkvorrichtung 10, welche durch einen Motor betrieben
wird, weist die folgende Struktur auf, um eine Schwingung der Zahnwelle 14,
welche an den Lenkgetriebekästen 11A und 11B gelagert
ist, zu erzeugen.
-
In
dem zweiten Lenkgetriebekasten 11B ist ein Abschnitt gegenüber der
Kugelumlaufmutter 32, welche an dem ersten Lenkgetriebekasten 11A gelagert
ist, als Laufbuchsenlagerabschnitt 17 ausgebildet, und
eine Laufbuchse 40 ist in überbrückender Weise zwischen der
Kugelumlaufmutter 32 und dem Laufbuchsenlagerabschnitt 17 angeordnet.
Die Laufbuchse 40 wird durch Druckeinschub in einem Innenumfangsabschnitt
der vorderen Endseite der Kugelumlaufmutter 32 derart angebracht,
daß diese
in einer befestigten Weise eingerichtet wird, und lagert die Zahnwelle 14 derart,
daß diese
in einem Gleitlagerungszustand an dem Innenumfangsabschnitt des Laufbuchsenlagerabschnitts 17 geradlinig
verschiebbar ist.
-
Die
Laufbuchse 40 ist derart aufgebaut, daß ein Abschnitt in Axialrichtung
des Außenumfangs
eines Rohrkörpers,
welcher aus einem Metall oder ähnlichem
hergestellt ist, als Gleitabschnitt hinsichtlich der Laufbuchse 17 ausgebildet
ist und ein vollständiger
Abschnitt des Innenumfangs als Gleitabschnitt hinsichtlich der Zahnwelle 14 ausgebildet
ist. Der Gleitabschnitt wird durch Beschichten der Oberfläche des
Rohrkörpers
mit einer Schmierfilmschicht versehen, wie etwa einem mit Öl verunreinigten
Polyazetalharz, einem Tetrafluorethylenharz oder ähnlichem.
-
Die
Servolenkvorrichtung 10, welche durch einen Motor betrieben
wird, verwendet einen dreiphasigen bürstenlosen Motor als Elektromotor 20. Der
Elektromotor 20 ist derart aufgebaut, daß Spulenwicklungen 101, 102 und 103 mit
drei Phasen, welche durch drei Erregungsphasen u, v und w gebildet
werden, jeweils in Umlauf um eine Vielzahl von Nuten eines Statorkerns
gewickelt sind, und ist mit einem Rotor versehen, welcher einen
Permanentmagneten aufweist. Bei dem Elektromotor 20 ist
es notwendig, eine Versorgung mit einem Motorbetriebsstrom Im (Imu,
Imv und Imw) entsprechend dem Drehwinkel des Rotors (der Position
des magnetischen Pols des Permanentmagneten) zu den Erregungsphasen
u, v und w der jeweiligen Spulenwicklungen zu schalten. Der Elektromotor 20 weist
einen Drehpositionserfassungssensor 60 auf, welcher die Drehposition
des Rotors erfaßt.
Der Drehpositionserfassungssensor 60 ist durch einen Drehmelder 60 aufgebaut
und weist einen Rotor des Drehmelders auf, welcher an dem Rotor
des Elektromotors 20 befestigt ist, und einen Stator eines
Drehmelders, welcher an dem Gehäuse
befestigt ist, auf. Aufgrund der Tatsache, daß entsprechend der Drehposition
des Rotors des Drehmelders eine vorbestimmte Spannung in dem Stator
des Drehmelders induziert wird, kann der Rotor des Elektromotors 20 durch
Verrechnen eines Ausgangssignals erfaßt werden.
-
Die
Servolenkvorrichtung 10, welche durch einen Motor betrieben
wird, weist die folgende Steuereinrichtung 50 für den Elektromotor 20 auf
(3).
-
Die
Steuereinrichtung 50 ist ferner mit einem Lenkdrehmomentssensor 41 und
einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 42 versehen. Der Lenkdrehmomentssensor 41 erfaßt ein Lenkdrehmoment
des Lenksystems und gibt das Lenkdrehmomentssignal Ts zu der Steuereinrichtung 50 aus,
wie oben erwähnt.
Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 42 erfaßt die Geschwindigkeit
des Fahrzeugs und gibt ein Fahrzeuggeschwindigkeitssigsal Vs zu
der Steuereinrichtung 50 aus.
-
Die
Steuereinheit 50 weist verschiedene arithmetische Verarbeitungseinrichtungen,
Signalerzeugungseinrichtungen, Speicher und ähnliches auf. Ein Mikroprozessor
erzeugt ein Betriebssteuersignal V0 (dreiphasige impulsbreitenmodulierte
Steuerspannungssignale V0u, V0v und V0w entsprechend drei Erregungsphasen
u, v und w der jeweiligen Spulenwicklungen 101, 102 und 103),
worauf P (eine Proportionalregelung) und I (eine Integralregelung) auf
der Basis des Lenkdrehmomentssignals Ts und des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals
Vs angewandt werden. Dieses steuert und betreibt die Motorbetriebseinrichtung 43.
-
Die
Motorantriebseinrichtung 43 ist durch eine Brückenschaltung
aufgebaut, welche ein Schaltelement aufweist. Beispielsweise erzeugen
sechs Leistungs-Feldeffekttransistoren (FET's), Bipolartransistoren mit isolierter
Gateelektrode (IGBT's)
oder ähnliches
einen Motorbetriebsstrom Im (dreiphasige Betriebswechselströme Imu,
Imv und Imw) entsprechend dem Betriebssteuersignal V0. Die Erregungsphasen
u, v und w der jeweiligen Spulenwicklungen 101, 102 und 103 des
Elektromotors 20 werden entsprechend dem Drehwinkel des
Rotors des Elektromotors 20, welcher durch den Drehpositionserfassungssensor 60 erfaßt wird,
sequentiell mit dem Betriebsstrom Im (Imu, Imv und Imw) versorgt.
Wenn das Lenkrad im Uhrzeigersinn gelenkt wird, wird der Elektromotor 20 beispielsweise
in positivem Sinn gedreht, um die Lenkunterstützungskraft in einer derartigen
Weise auf das Lenksystem auszuüben,
daß ein Vorderrad
im Uhrzeigersinn ausgelenkt wird.
-
Die
Steuereinrichtung 50 ist ferner mit einer Stromerfassungseinrichtung 44 versehen.
Die Stromerfassungseinrichtung 44 erfaßt einen Motorstrom Im, welcher
tatsächlich
durch den Elektromotor 20 strömt, und führt ein Stromerfassungssignal
Imo, welches in ein digitales Signal umgewandelt wird, welches dem
Motorstrom Im entspricht, zu der Steuereinrichtung 50 zurück (bzw.
führt dies
in negativem Sinn zurück).
-
Die
Steuereinrichtung 50 weist eine Zielstrom-Festlegungseinrichtung 51,
eine arithmetische Abweichungsverarbeitungseinrichtung 52 und
eine arithmetische Stromsteuerungs-Verarbeitungseinrichtung 53 auf.
-
Die
Zielstrom-Festlegungseinrichtung 51 ist mit einem Speicher
versehen, wie etwa einem Festwertspeicher (ROM) oder ähnlichem.
Ein Zielstromsignal Ims wird im Hinblick auf ein Lenkdrehmomentssignal
Ts, welches durch Festlegen des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals
Vs auf einen Parameter erhalten wird, anhand des Lenkdrehmomentssignals
Ts, welches durch den Lenkdrehmomentssensor 41 ausgegeben
wird, und eines Verzeichnisses des Zielstromsignals Ims, welches
zuvor in dem Speicher gespeichert wurde, auf der Basis des Lenkdrehmomentsignals
Ts und des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals Vs, welches durch den
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 42 ausgegeben wird, ausgelesen. Das
Zielstromsignal Ims wird zu der arithmetischen Abweichungsverarbeitungseinrichtung 52 ausgegeben.
-
Die
arithmetische Verarbeitungseinrichtung 52 verarbeitet eine
Abweichung (Ims – Imo)
zwischen dem Zielstromsignal Ims und dem Stromerfassungssignal Imo
und gibt das Abweichungssignal ΔI
zu der arithmetischen Stromsteuerungs-Verarbeitungseinrichtung 53 aus.
-
Die
arithmetische Stromsteuerungs-Verarbeitungseinrichtung 53 überträgt ein impulsbreitenmoduliertes
Signal Vo (V0u, V0v und V0w), welches einem Richtungspolaritätssignal,
wie etwa im Hinblick auf eine Drehrichtung des Elektromotors 20, und
einem Lastverhältnis
entspricht, entsprechend dem Abweichungssignal ΔI zwischen dem Zielstromsignal
Ims und dem Stromerfassungssignal Imo zu der Motorantriebseinrichtung 43 des
Elektromotors 20.
-
Die
arithmetische Stromsteuerungs-Verarbeitungseinrichtung 53 weist
eine PI-Steuereinrichtung (Proportional- und Integralsteuereinrichtung) 54 und
eine Erzeugungseinrichtung 55 für impulsbreitenmodulierte Signale
auf. In diesem Fall wird eine Drehmoment-Differentialregelungseinrichtung
gemäß den Erfordernissen
der Situation hinzugefügt.
-
Die
PI-Steuereinrichtung 54 ist mit einem Proportionalglied 54A,
welches eine Proportionalempfindlichkeit KP erzeugt, um eine Proportionalregelung
auszuführen,
einem Integralglied 54B, welches eine Integralverstärkung KI
erzeugt, um eine Integralregelung auszuführen, und einem Additionsglied 54C,
welches Ausgangssignale des Proportionalglieds 54A und
des Integralglieds 54B addiert, versehen. Das Proportionalglied 54A und
das Integralglied 54B sind parallel geschaltet. Das Proportionalglied 54A gibt
ein Proportionalsignal IP aus, welches durch Multiplizieren des
Abweichungssignals ΔI mit
der Proportionalempfindlichkeit KP erhalten wird, und das Integralglied 54B gibt
ein Integralsignal II aus, welches durch Anwenden einer Integralverarbeitung,
welche die Integralverstärkung
KI aufweist, auf das Abweichungssignal ΔI erhalten wird, wobei diese
jeweils zu dem Addierglied 54C ausgegeben werden. Das Addierglied 54C addiert
das Proportionalsignal IP und das Integralsignal II und gibt ein
Proportional-Integral-Signal IPI (IP + II) zu der Erzeugungseinrichtung 55 für impulsbreitenmodulierte
Signale aus.
-
Die
Erzeugungseinrichtung 55 für impulsbreitenmodulierte Signale
erhält
die Erfassungsergebnisse des Drehpositionserfassungssensors 60 und
gibt ein impulsbreitenmoduliertes Signal entsprechend dem Drehwinkel
des Rotors des Elektromotors 20, welcher durch den Drehpositionserfassungssensor 60 erfaßt wird,
zu der Motorbetriebseinrichtung 43 aus. Das impulsbreitenmodulierte
Signal entspricht dem Richtungspolaritätssignal und dem Lastverhältnis in Übereinstimmung
mit der Richtung und der Stärke
des Proportional-Integral-Signals IPI und entspricht als Betriebssteuersignal
V0 (V0u, V0v und V0w) ferner den Erregungsphasen u, v und w der
jeweiligen Spulenwicklungen 101, 102 und 103 des Elektromotors.
Die Motorbetriebseinrichtung 43 betreibt den Elektromotor 20 auf
der Basis des Motorbetriebsstroms Im (Imu, Imv und Imw) in Übereinstimmung
mit dem Betriebssteuersignal V0.
-
Demgemäß führt die
Steuereinrichtung 50 im Hinblick auf den Elektromotor 20 der
Servolenkvorrichtung 10, welche durch einen Motor betrieben wird,
die folgende Unterstützungssteuerung
in der folgenden Weise durch.
- (1) Wenn das
Lenkdrehmoment, welches durch den Lenkdrehmomenterfassungssensor 41 erfaßt wird,
niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, ist keine Lenkunterstützungskraft
erforderlich, und der Elektromotor 20 wird nicht betrieben.
- (2) Wenn das Lenkdrehmoment, welches durch den Lenkdrehmomenterfassungssensor 41 erfaßt wird,
höher als
ein vorbestimmter Wert ist, ist die Lenkunterstützungskraft erforderlich. Dementsprechend
wird der Elektromotor 20 derart betrieben, daß dieser
normal gedreht wird und eine Unterstützungssteuerung davon erfolgt.
Die Drehkraft des Elektromotors 20 wird über die
Antriebsscheibe 24, den Riemen 37 und die Abtriebsscheibe 36 auf
die Kugelumlaufmutter 32 übertragen und erzeugt die Lenkunterstützungskraft
zum Ausführen
des linearen Hubs der Zahnwelle 14 über die Kugelspindel 30.
-
Die
Steuereinrichtung 50 weist eine Anomalienerfassungseinrichtung 70 zum
Erfassen einer Anomalie in einem Steuersystem des Elektromotors 20,
wie etwa einer Sensoranomalie bei dem Lenkdrehmomentssensor 41 und
dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 42, auf. Die Unterstützungssteuerung
gemäß dem oben
erwähnten
Punkt (2) wird bei anomalen Bedingungen beendet, um die folgende
Hilfssteuerung durchzuführen.
Der Elektromotor 20 und die Motorbetriebseinrichtung 43 sind
mit der folgenden Struktur versehen.
-
Die
Spulenwicklungen 101, 102 und 103 mit drei
Phasen sind in Umlauf um jede Nut einer Vielzahl von Nuten des Statorkerns
gewickelt, wie in 4 dargestellt. Bei
dem Elektromotor 20 ist die Spulenwicklung 101 in
eine Hauptspulenwicklung 101A und eine Hilfsspulenwicklung 101B geteilt,
ist die Spulenwicklung 102 in eine Hauptspulenwicklung 102A und eine
Hilfsspulenwicklung 102B geteilt und ist die Spulenwicklung 103 in
eine Hauptspulenwicklung 103A und eine Hilfsspulenwicklung 103B geteilt.
Die Hauptspulenwicklung 101A und die Hilfsspulenwicklung 101B sind
in einer parallelen Weise in Umlauf um die gleiche Nut gewickelt.
Die Hauptspulenwicklung 102A und die Hilfsspulenwicklung 102B sind
in einer parallelen Weise in Umlauf um die andere gleiche Nut gewickelt.
Die Hauptspulenwicklung 103A und die Hilfsspulenwicklung 103B sind
in einer parallelen Weise in Umlauf um die andere gleiche Nut gewickelt.
-
Die
Motorbetriebseinrichtung 43 weist ein Haupttreiberglied 43A und
ein Hilfstreiberglied 43B auf, wie in 4 dargestellt.
Das Haupttreiberglied 43A speist mindestens in die Hauptspulenwicklungen 101A, 102A und 103A ein.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
speist das Haupttreiberglied 43A in die Hauptspulenwicklung 101A und
die Hilfsspulenwicklung 101B, die Hauptspulenwicklung 102A und
die Hilfsspulenwicklung 102B und die Hauptspulenwicklung 103A und
die Hilfsspulenwicklung 103B ein. Das Hilfstreiberglied
speist lediglich in die Hilfsspulenwicklungen 101B, 102B und 103B ein.
-
Unter
normalen Steuersystembedingungen des Elektromotors 20,
wobei die Anomalienerfassungseinrichtung 70 keine Anomalie
erfaßt,
betätigt die
Steuereinrichtung 70 das Haupttreiberglied gemäß einem
Treibergliedauswahlsignal S (Hoch), welches die Erzeugungseinrichtung 55 für impulsbreitenmodulierte
Signale auf der Basis des Erfassungsergebnisses der Anomalienerfassungseinrichtung 70 für die Unterstützungssteuerung.
Das Haupttreiberglied erzeugt den Motorbetriebsstrom Im (Imu, Imv und
Imw) entsprechend dem Betriebssteuersignal V0 (V0u, V0v und V0w),
welches die Erzeugungseinrichtung 55 für impulsbreitenmodulierte Signale
zum Steuern der Lenkunterstützung
auf der Basis des Erfassungsergebnisses des Lenkdrehmomentssensors 41 und
des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 42 ausgibt. Das Haupttreiberglied 43A versorgt
die Erregungsphase u der Hauptspulenwicklung 101A und der
Hilfsspulenwicklung 101B des Elektromotors 20, die
Erregungsphase v der Hauptspulenwicklung 102A und der Hilfsspulenwicklung 102B und
die Erregungsphase w der Hauptspulenwicklung 103A und der
Hilfsspulenwicklung 103B durch eine Einspeisungsleitung,
welche durch eine Vollinie in 4A dargestellt
ist, entsprechend dem Drehwinkel des Rotors des Elektromotors 20,
welcher durch den Drehpositionserfassungssensor 60 erfaßt wird,
sequentiell mit dem Betriebsstrom Im (Imu, Imv und Imw). In dieser
Weise wird die Lenkunterstützung ausgeführt.
-
Bei
anomalen Bedingungen des Steuersystems des Elektromotors 20,
wobei die Anomalienerfassungseinrichtung 70 eine Anomalie
erfaßt,
betätigt
die Steuereinrichtung 50 das Hilfstreiberglied 43B gemäß einem
Treibergliedauswahlsignal S (Niedrig), welches die Erzeugungseinrichtung 55 für impulsbreitenmodulierte
Signale auf der Basis des Erfassungsergebnisses der Anomalienerfassungseinrichtung 70 zum
Beenden der Unterstützungssteuerung ausgibt,
um die Hilfssteuerung auszuführen.
Das Hilfstreiberglied 43B erzeugt den Motorhilfsstrom Is (Isu,
Isv und Isw) entsprechend dem Hilfssteuersignal Vs (dreiphasige
impulsbreitenmodulierte Steuerspannungssignale Vsu, Vsv und Vsw
entsprechend den Erregungsphasen u, v und w der jeweiligen Spulenwicklungen 101, 102 und 103),
welches die Erzeugungseinrichtung 55 für impulsbreitenmodulierte Signale
ausgibt. Der Strom wird in einer geeigneten Weise erzeugt, um die
Motorreibung, welche durch die Unterstützungsbeendigung des Elektromotors 20 für das Lenksystem,
durch welches der Fahrer die Lenkung von der Eingangswelle 12 her über die
Zahnwelle 14 ausführt,
erzeugt wird, zu überwinden.
Die Erzeugungseinrichtung 55 für impulsbreitenmodulierte Signale
beendet die oben erwähnte
Hilfssteuerung, versorgt die Erregungsphase der Hilfsspulenwicklung 101B des
Elektromotors 20, die Erregungsphase v der Hilfsspulenwicklung 102B und
die Erregungsphase w der Hilfsspulenwicklung 103B durch eine
Einspeisungsleitung, welche durch eine Vollinie in 4B dargestellt
ist, entsprechend dem Drehwinkel des Rotors des Elektromotors 20,
welcher durch den Drehpositionserfassungssensor 60 erfaßt wird,
sequentiell mit dem Hilfsstrom Is (Isu, Isv und Isw), wodurch das
Motorreibungsdrehmoment ausgeglichen wird, um das Lenken zu ermöglichen.
-
Gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
können
die folgenden Betriebsfunktionen und Wirkungen erreicht werden.
- (a) Das Haupttreiberglied 43A wird
bei normalen Betriebsbedingungen des Steuersystems des Elektromotors 20 betätigt, und
das Haupttreiberglied 43A speist mindestens in die Hauptspulenwicklungen 101A, 102A und 103A ein.
Das Haupttreiberglied 43A versorgt mindestens die Hauptspulenwicklungen 101A, 102A und 103A mit
dem Betriebsstrom Im, welcher auf Basis des Erfassungsergebnisses
des Lenkdrehmomentssensors 41 und des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 42 definiert
ist, und führt
eine Unterstützungssteuerung
in einer derartigen Weise durch, daß der Elektromotor 20 die
optimale Lenkunterstützungskraft
erzeugt.
- (b) Bei anomalen Bedingungen, wenn eine Sensoranomalie oder ähnliches
in dem Steuersystem des Elektromotors 20 erzeugt wird,
wird die Hilfssteuerung durch das Haupttreiberglied 43A gemäß dem oben
erwähnten
Punkt (a) beendet (ausfallsicher), wird das Hilfstreiberglied 43B betätigt und
speist das Hilfstreiberglied 43B lediglich in die Hilfsspulenwicklungen 101B, 102B und 103B ein.
Das Hilfstreiberglied 43B versorgt die Hilfsspulenwicklungen 101B, 102B und 103B mit dem
Hilfsstrom Is, führt
die Hilfssteuerung in einer derartigen Weise durch, daß der Elektromotor 20 das
Hilfsdrehmoment erzeugt, welches in der Lage ist, die Motorreibung
des Elektromotors 20 zu überwinden, und vermindert das
manuelle Lenkdrehmoment durch den Fahrer.
- (c) Aufgrund der Tatsache, daß das Haupttreiberglied 43A gleichzeitig
in die Hauptspulenwicklungen 101A, 102A und 103A und
die Hilfsspulenwicklungen 101B, 102B und 103B einspeist, wenn
die Hilfssteuerung durch das Haupttreiberglied 43A gemäß dem oben
erwähnten
Punkt (a) ausgeführt
wird, ist es möglich,
die Kapazität,
welche für
die Hauptspulenwicklungen 101A, 102A und 103A erforderlich
ist, durch Einspeisen lediglich in die Spulenwicklungen 101A, 102A und 103A im
Vergleich mit der Hilfssteuerung zu verkleinern, ohne die Wirksamkeit
des Motors zu vermindern, und es ist möglich, den Elektromotor 20 zu
verkleinern.
- (d) Eine stabile und gleitende Drehbewegung des Elektromotors 20 kann
gemäß den oben
erwähnten
Punkten (a) bis (c) durch Verwenden des dreiphasigen bürstenlosen
Motors als Elektromotor gewährleistet
werden.
-
In
diesem Fall ist die Steuereinrichtung 50 zusätzlich mit
einer Alarmmeldereinrichtung 80 versehen. Die Alarmmeldereinrichtung 80 meldet
dem Fahrer einen Alarm, wenn die Anomalienerfassungseinrichtung 70 die
Anomalie in dem Steuersystem des Elektromotors 20 erfaßt.
-
Wie
vorangehend erläutert,
wurden Ausführungsbeispiele
der Erfindung unter Verweis auf die Zeichnung genau beschrieben.
Die speziellen Anordnungen der vorliegenden Erfindung sind jedoch
nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt,
sondern die, welche eine Abwandlung der Gestaltung innerhalb des
Umfangs der vorliegenden beanspruchten Erfindung aufweisen, sind
gleichfalls in der vorliegenden Erfindung eingeschlossen. Beispielsweise
kann der Elektromotor 20 eine Hilfssteuerung mittels des
Hilfstreiberglieds 43A in einer derartigen Weise ausführen, daß ein Hilfsdrehmoment erzeugt
wird, welches dem Motorreibungsdrehmoment und einem Reibungsdrehmoment
des Antriebsgetriebesystems (wobei dies das Untersetzungsgetriebe
umfaßt)
entspricht.
-
Obgleich
die Erfindung unter Bezug auf mehrere beispielhafte Ausführungsbeispiele
davon dargestellt und beschrieben wurde, ist für Fachkundige zu ersehen, daß die vorangehenden
und viele weitere Änderungen,
Weglassungen und Ergänzungen
an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne
von Prinzip und Schutzumfang davon abzuweichen. Daher ist die vorliegende
Erfindung nicht derart zu verstehen, daß diese auf das oben dargelegte
spezielle Ausführungsbeispiel
beschränkt wäre, sondern
derart, daß diese
sämtliche
möglichen Ausführungsbeispiele
umfaßt,
welche in einem Schutzumfang von Äquivalenten davon im Hinblick auf
die Merkmale, welche in den beigefügten Ansprüchen dargelegt sind, eingeschlossen
sein können.