DE102012206601A1

DE102012206601A1 - Elektrische Servolenkungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102012206601A1
Application number: DE102012206601A
Authority: DE
Inventors: Atsuhiko Yoneda; Yasuo Shimizu; Yoshihiro Oniwa; Yukihiro Wakakuwa; Takashi Miyoshi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-04-22
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2012-10-25
Also published as: JP2012224298A; US20120271513A1

Abstract

Im Fall eines Fehlers eines ersten Elektromotorantriebssignalerzeugers, z. B. des Mikrocomputers (102), der ein erstes Elektromotorantriebssignal (PWM-Signal MCU) zum Durchführen einer Regelung erzeugt, wandelt ein zweiter Elektromotorantriebssignalerzeuger, z. B. ein PWM-Signalerzeuger (66), der aus diskreten Bauteilen aufgebaut ist, ein Lenkungsdrehmomentsignal (VT3) in ein zweites Elektromotorantriebssignal (PWM-Signal TS) um. Ein Elektromotor (36), der die Hilfslenkkraft erzeugt, wird von dem zweiten Elektromotorantriebssignal (PWM-Signal TS) angetrieben.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Servolenkungsvorrichtung zum Übertragen von Leistung von einem Elektromotor, der als eine Hilfslenkkraft (Lenkhilfskraft) dient, an ein Fahrzeuglenkungssystem, um die Belastung auf einen Fahrer eines Fahrzeugs zu reduzieren, der ein Lenkungselement, wie beispielsweise ein Lenkrad, betätigt, wenn der Fahrer das Lenkungselement zum Lenken des Fahrzeugs dreht.
Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Die letzten Jahre haben eine weite Verwendung von elektrischen Servolenkungsvorrichtungen erfahren, die ein von dem Lenkrad eines Fahrzeugs erzeugtes Lenkungsdrehmoment mit einem Lenkungsdrehmomentsensor erfassen und einen Elektromotor zum Erzeugen einer Hilfslenkkraft in Abhängigkeit von dem erfassten Lenkungsdrehmoment ansteuern, um dem Fahrer zu ermöglichen, das Fahrzeug durch Aufbringen einer leichten Lenkkraft auf das Lenkrad zu lenken.
17 der beigefügten Zeichnungen zeigt eine Konfiguration einer bekannten elektrischen Servolenkungsvorrichtung 1000, bei der ein Mikrocomputer 1008 ein PWM-(„puls width modulation” – Pulsweitenmodulation)-Signal erzeugt.
Wie in 17 gezeigt, umfasst die elektrische Servolenkungsvorrichtung 1000 einen Elektromotor 1002 zum Aufbringen einer Hilfslenkkraft auf das Fahrzeuglenkungssystem, einen Lenkungsdrehmomentsensor 1004 zum Erfassen eines von dem Fahrzeuglenkungssystem erzeugten Lenkungsdrehmoments, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 1006 zum Erfassen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, einen Mikrocomputer 1008 zum Erzeugen eines PWM-Signals als ein Elektromotorsteuerungssignal Vo basierend auf einem Lenkungsdrehmomentsignal Ts von dem Lenkungsdrehmomentsensor 1004 und einem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Vs von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 1006, einen Elektromotorantrieb 1010 zum Ansteuern des Elektromotors 1002 basierend auf dem Elektromotorsteuerungssignal Vo, und einen Stromsensor (Elektromotorstromsensor) 1012 zum Erfassen eines Elektromotorstroms Im, der zu dem Elektromotor 1002 fließt.
Der Mikrocomputer 1008 hat ein Datenverarbeitungsvermögen zum Verarbeiten von zumindest 16 Bit zu einem Zeitpunkt. Der Mikrocomputer 1008 führt verschiedene Funktionen durch und umfasst einen Sollstrombestimmungsabschnitt 1014 zum Bestimmen eines Sollstromsignals Ims, das einen Sollwert für den Elektromotorstrom Im darstellt, basierend auf dem Lenkungsdrehmomentsignal Ts und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Vs, einen Differenzberechner 1016 zum Berechnen einer Differenz zwischen dem Sollstromsignal Ims und einem Elektromotorstromsignal Imo von dem Stromsensor 1012 und zum Ausgeben eines Differenzsignals ΔI, das die berechnete Differenz anzeigt, einen PID-Kompensator 1018 zum Durchführen eines Proportional (P) plus Integrier (I) plus Differenzier(D)-Abgleichs an dem Differenzsignal ΔI, und einen PWM-Signalerzeuger 1020 zum Erzeugen eines PWM-Signals als ein Elektromotorsteuerungssignal Vo basierend auf einem Ausgabesignal Ipid von dem PID-Kompensator 1008. Der Mikrocomputer 1018 ist ausgebildet, um als verschiedene Berechnungsmittel (Rechner), Speichermittel (Speicher) und Verarbeitungsmittel (Prozessoren) auf der Basis eines Mikroprozessors zu dienen.
Der Sollstrombestimmungsabschnitt 1014 hat einen Speicher, wie beispielsweise einen ROM oder dergleichen, der zugehörige Daten des Lenkungsdrehmomentsignals Ts und des Sollstromsignals Ims speichert, wobei das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Vs als ein Parameter dient. Der Sollstrombestimmungsabschnitt 1014 liest das Sollstromsignal Ims aus den gespeicherten Daten basierend auf dem Lenkungsdrehmomentsignal Ts von dem Lenkungsdrehmomentsensor 1004 und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Vs von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 1006 und gibt das gelesene Sollstromsignal Ims an den Differenzberechner 1016 aus.
Der Differenzberechner 1016, der ein Subtrahiervermögen hat, berechnet die Differenz zwischen dem Sollstromsignal Ims und dem Motorstromsignal Imo von dem Stromsensor 1012 und gibt ein Differenzsignal ΔI, das die berechnete Differenz anzeigt, an den PID-Kompensator 1018 aus.
Der PID-Kompensator 1018 umfasst ein Proportionalglied (P), ein Integrierglied (I) und ein Differenzierglied (D). Der PID-Kompensator 1018 führt einen Proportional (P) plus Intergrier (I) plus Differenzier(D)-Abgleich an dem Differenzsignal ΔI durch und erzeugt eine Ausgabesignal Ipid als ein Ergebnis.
Der PWM-Signalerzeuger 1020 erzeugt ein PWM-Signal als ein Elektromotorsteuerungssignal Vo basierend auf dem Ausgabesignal Ipid des PID-Kompensators 1018. Der PWM-Signalerzeuger 1020 gibt das Elektromotorsteuerungssignal Vo an den Elektromotorantrieb 1010 zum Steuern des Elektromotorantriebs 1010 unter einer PWM-Steuerung aus, um das Differenzsignal ΔI schnell an null anzunähern.
Basierend auf dem Elektromotorsteuerungssignal Vo schaltet der Elektromotorantrieb 1010 den Elektromotor 1002 unter der PWM-Steuerung mit einer Elektromotorantriebsspannung Vm ein und steuert diesen. Der Elektromotorantrieb 1010 hat eine Brückenschaltung aus Schaltelementen, wie zum Beispiel Leistungs-FETs („field effect transistors” – Feldeffekttransistoren). Die Leistungs-FETs werden von dem Elektromotorsteuerungssignal Vo von dem PWM-Signalerzeuger 1020 angesteuert, so dass sie einen Betrag und eine Richtung des Elektromotorstroms Im basierend auf der Elektromotorantriebsspannung Vm festsetzen, die an den Elektromotor 1002 angelegt ist.
Der Stromsensor 1012, der in der Form eines Differentialverstärkers oder dergleichen ist, verstärkt differentiell einen Spannungsabfall, der über ein Stromerfassungsbauteil, z. B. einen Widerstand, der in Reihe mit dem Elektromotor 1002 geschaltet ist, durch den Elektromotorstrom Im verursacht wird, der durch das Stromerfassungsbauteil fließt. Der Stromsensor 1012 wandelt den verstärkten Spannungsabfall in ein Signallevel um, das dem Sollstromsignal Ims entspricht, und gibt das Signallevel als ein Elektromotorstromsignal Imo an den Differenzberechner 1016 aus.
Genauer wandelt der Stromsensor 1012 den von dem Stromerfassungsbauteil erfassten Elektromotorstrom Im in ein Elektromotorstromsignal Imo um und führt das Elektromotorstromsignal Imo als ein Rückkoppelungssignal dem Mikrocomputer 1008 zu. Auf diese Weise sieht die elektrische Servolenkungsvorrichtung 1000 einen geschlossenen Regelungskreis in einem Elektromotorstromsteuerungssystem vor.
Da, wie oben beschrieben, der Mikrocomputer 1008 der herkömmlichen elektrische Servolenkungsvorrichtung 1000 ein Datenverarbeitungsvermögen von zumindest 16 Bit zu einem Zeitpunkt hat, ist die elektrische Servolenkungsvorrichtung 1000 in der Lage, zum genauen Diagnostizieren von Fehlern der Sensoren, wie des Lenkungsdrehmomentsensor 1004, des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 1006 und des Stromsensors 1012, sowie zum Diagnostizieren von Fehlern des Elektromotors 1002 und des Elektromotorantriebs 1010 einen verfeinerten Regelungsprozess durchzuführen, um einen schnellen Ausfallsicherungsprozess auszuführen.
Eine Energieversorgungsschaltung (nicht gezeigt) führt einen Laufzeitüberwachungsprozess an dem Mikrocomputer 1008 durch. Ein anderer Mikrocomputer (nicht gezeigt), der sich von dem Mikrocomputer 1008 unterscheidet, ist zum Durchführen einer Fehlerdiagnosefunktion hinzugefügt, um Fehler des Mikrocomputers 1008 zu erfassen.
Im Fall eines Fehlers des Mikrocomputers 1008, der von der Fehlerdiagnosefunktion des anderen Mikrocomputer erfasst wird, stoppt der Ausfallsicherungsprozess das Erzeugen des Elektromotorsteuerungssignals Vo von dem Mikrocomputer 1008 und schaltet ein Ausfallsicherungsrelais und ein Leistungsrelais (nicht gezeigt) ab, so dass verhindert wird, dass eine ungewollte Motorleistung an das Fahrzeuglenkungssystem übertragen wird.
Falls jedoch die elektrische Servolenkungsvorrichtung 1000 bei einem Fehler des Mikrocomputers 1008 vollständig funktionsunfähig wird, dann muss der Bediener, wie beispielsweise ein Fahrer des Fahrzeugs, das die elektrische Servolenkungsvorrichtung 1000 eingebaut hat, das Fahrzeug zu einem Autohändler oder dergleichen mit der gebrochenen elektrischen Servolenkungsvorrichtung 1000 fahren, um Reparaturen daran ausführen zu lassen. Auch wenn jedoch diese Aufgabe vorübergehend ist, kann der Bediener die Aufgabe als unangenehm und schwierig durchzuführen empfinden.
Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2009-067077 offenbart eine Lenkungsvorrichtung mit einem redundanten System, das ein erstes Motorantriebsmittel mit einem Mikrocomputer, ein zweites Motorantriebsmittel (redundantes System), das ohne Mikrocomputer ist, zur Verwendung bei einem Notfall, und ein Leistungsrelais zum wahlweisen Zuführen von Ausgabesignalen zu einem Elektromotor von dem ersten und dem zweiten Motorantriebsmittel umfasst.
Gemäß der in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2009-067077 offenbarten Lenkungsvorrichtung wird im Fall eines Fehlers des Mikrocomputers des ersten Motorantriebsmittels das Leistungsrelais aktiviert, dass es auf das zweite Motorantriebsmittel umschaltet, woraufhin das zweite Motorantriebsmittel zum Einschalten des Elektromotors betätigt wird, der eine Hilfslenkkraft auf das Fahrzeuglenkungssystem der Lenkungsvorrichtung aufbringt.
Zusammenfassung der Erfindung
Das zweite Motorantriebsmittel, das in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2009-067077 offenbart ist, erfasst nur die Richtung, in der ein Lenkrad gedreht wird, und legt zum Ermöglichen, dass der Elektromotor eine Hilfslenkkraft erzeugt, eine Batteriegleichspannung an den Elektromotor an, deren Polarität der erfassten Richtung entspricht. Daher weist das offenbarte zweite Motorantriebsmittel eine geringe Leistung auf und muss stark verbessert werden. Darüber hinaus erfordert das Ändern der Polarität der Gleichspannung ein Leistungsrelais mit großer Kapazität zum Umschalten zwischen hohen elektrischen Strömen jedes Mal, wenn das Lenkrad gedreht wird. Ein solches Leistungsrelais mit großer Kapazität führt zu einem vergrößerten Raum, der zum Installieren des redundanten Elektrolenkungsmechanismus erforderlich ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Servolenkungsvorrichtung, die eine einfache, kleine und hoch zuverlässige Konfiguration aufweist, zum Aufbringen einer Hilfslenkkraft in Abhängigkeit von einem Lenkungsdrehmoment auf ein Fahrzeuglenkungssystem, selbst im Fall eines Fehlers eines ersten Elektromotorantriebssignalerzeugers, der zu dem Hauptsystem gehört, anzugeben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Servolenkungsvorrichtung angegeben, die einen Elektromotor zum Aufbringen einer Hilfslenkkraft auf ein Lenkungssystem, einen Lenkungsdrehmomentsensor zum Erfassen eines Lenkungsdrehmoments des Lenkungssystems, eine Drehmomentsensorschaltung zum Erzeugen eines Lenkungsdrehmomentsignals basierend auf dem von dem Lenkungsdrehmomentsensor erfassten Drehmoment, einen ersten Elektromotorantriebssignalerzeuger zum Erzeugen eines ersten Elektromotorantriebssignals basierend auf dem Lenkungsdrehmomentsignal, einen Elektromotorantrieb zum Antreiben des Elektromotors basierend auf dem ersten Elektromotorantriebssignal, und einen zweiten Elektromotorantriebssignalerzeuger zum direkten Umwandeln des von der Drehmomentsensorschaltung erzeugten Lenkungsdrehmomentsignals in ein zweites Elektromotorantriebssignal, das sich in Abhängigkeit von dem Betrag des Lenkungsdrehmomentsignals ändert. Im Fall eines Fehlers des ersten Elektromotorantriebssignalerzeugers treibt der Elektromotorantrieb den Elektromotor basierend auf dem zweiten Elektromotorantriebssignal an, das von dem zweiten Elektromotorantriebssignalerzeuger erzeugt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung treibt im Fall eines Fehlers des ersten Elektromotorantriebssignalerzeugers, der zu dem Hauptsystem gehört, der Elektromotorantrieb den Elektromotor basierend auf dem zweiten Elektromotorantriebssignal an, das von dem zweiten Elektromotorantriebssignalerzeuger erzeugt wird und das zu einem redundanten System gehört. Der zweite Elektromotorantriebssignalerzeuger wandelt das von der Drehmomentsensorschaltung erzeugte Lenkungsdrehmomentsignal direkt in das zweite Elektromotorantriebssignal um, das sich in Abhängigkeit von dem Betrag des Lenkungsdrehmomentsignals ändert. Daher ist es selbst im Fall eines Fehlers des ersten Elektromotorantriebssignalerzeugers, der zu dem Hauptsystem gehört, immer noch möglich, dass eine Hilfslenkkraft auf das Lenkungssystem in Abhängigkeit von dem Lenkungsdrehmoment mittels einer einfachen, kleinen und hoch zuverlässigen Anordnung, d. h. einer weniger fehleranfälligen Anordnung, durch Verwendung des zweiten Elektromotorantriebssignalerzeugers, der zu dem einfacheren redundanten System gehört, aufgebracht wird.
Der zweite Elektromotorantriebssignalerzeuger kann das von der Drehmomentsensorschaltung erzeugte Lenkungsdrehmomentsignal direkt in ein zweites Elektromotorantriebssignal, das sich in Abhängigkeit von dem Betrag des Lenkungsdrehmomentsignals ändert, ungeachtet eines dem Elektromotor zugeführten Sollstroms umwandeln.
Da der zweite Elektromotorantriebssignalerzeuger das zweite Elektromotorantriebssignal ohne Berechnen eines Sollstroms basierend auf dem Betrag des Lenkungsdrehmomentsignals erzeugt, ist der zweite Elektromotorantriebssignalerzeuger einfacher in seinem Aufbau, hat eine geringere Fehlerrate und ist hoch zuverlässig.
Der erste Elektromotorantriebssignalerzeuger kann zum Ermöglichen, dass der Elektromotorantrieb den Elektromotor unter einer Regelung basierend auf dem Lenkungsdrehmomentsignal antreibt, das erste Elektromotorantriebssignal erzeugen. Der zweite Elektromotorantriebssignalerzeuger kann zum Ermöglichen, dass der Elektromotorantrieb den Elektromotor unter einer Optimalwertsteuerung antreibt, das zweite Elektromotorantriebssignal erzeugen, das sich in Abhängigkeit von dem Betrag des Lenkungsdrehmomentsignals ändert.
Im Fall eines Fehlers des ersten Elektromotorantriebssignalerzeugers, der eine Regelung ausführt, treibt der Elektromotorantrieb den Elektromotor basierend auf dem von dem zweiten Elektromotorantriebssignalerzeuger erzeugten zweiten Elektromotorantriebssignal an, der eine Optimalwertsteuerung ausführt. Daher ist der zweite Elektromotorantriebssignalerzeuger, der zu dem redundanten System gehört, einfach, klein und hoch zuverlässig.
Der erste Elektromotorantriebssignalerzeuger kann einen Mikrocomputer umfassen und der zweite Elektromotorantriebssignalerzeuger kann Schaltungsbauteile außer einen Mikrocomputer umfassen. Die Schaltungsbauteile können diskrete Bauteile, wie zum Beispiel irgend eines von Widerständen, Transistoren, usw., analogen ICs (integrierte Schaltungen) wie Funktionsverstärker usw., digitalen ICs wie Multiplexer, logische Schaltungen usw., sein. Alternativ kann der zweite Elektromotorantriebssignalerzeuger eine integrierte Schaltung aufweisen, die die vorstehend genannten Schaltungsbauteile umfasst. Da der zweite Elektromotorantriebssignalerzeuger eine viel kleinere Anzahl von Schaltungsbauteilen als ein Mikrocomputer umfasst, hat der zweite Elektromotorantriebssignalerzeuger eine niedrige Fehlerrate und ist hoch zuverlässig.
Der erste Elektromotorantriebssignalerzeuger und der zweite Elektromotorantriebssignalerzeuger können einen ersten Mikrocomputer bzw. einen zweiten Mikrocomputer aufweisen und der zweite Mikrocomputer kann ein Datenverarbeitungsvermögen zum Verarbeiten einer kleineren Anzahl von Bits pro Zeiteinheit als der erste Mikrocomputer aufweisen. Daher erzeugt der zweite Mikrocomputer weniger Wärme, hat eine geringere Fehlerrate und ist zuverlässiger als der erste Mikrocomputer.
Der erste Elektromotorantriebssignalerzeuger kann das erste Elektromotorantriebssignal basierend auf einem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal zusätzlich zu dem Lenkungsdrehmomentsignal erzeugen und der zweite Elektromotorantriebssignalerzeuger kann das zweite Elektromotorantriebssignal basierend nur auf dem Lenkungsdrehmomentsignal erzeugen. Somit ist der zweite Elektromotorantriebssignalerzeuger einfach in seinem Aufbau und ist hoch zuverlässig.
Die Drehmomentsensorschaltung kann mehrere Drehmomentsensorschaltungen umfassen und im Fall eines Fehlers von einer der Drehmomentsensorschaltungen können die übrigen Drehmomentsensorschaltungen zum Erfassen eines Lenkungsdrehmoments des Lenkungssystems verwendet werden. Somit ist die gesamte Drehmomentsensorschaltung hoch zuverlässig. Die Drehmomentsensorschaltung ist in der Lage, zu erfassen, wenn Drähte, die den Lenkungsdrehmomentsensor mit der Drehmomentsensorschaltung verbinden, gebrochen sind. Die Drehmomentsensorschaltungen können von einer einzigen Schaltungskonfiguration sein oder können verschiedene Schaltungskonfigurationen aufweisen.
Der zweite Elektromotorantriebssignalerzeuger ist in der Lage, zu arbeiten, bevor der erste Elektromotorantriebssignalerzeuger einen Fehler erleidet. Wenn der erste Elektromotorantriebssignalerzeuger einen Fehler erleidet, kann das erste Elektromotorantriebssignal sofort auf das zweite Elektromotorantriebssignal umschalten, das von dem zweiten Elektromotorantriebssignalerzeuger erzeugt wird. Entsprechend tritt keine Verzögerung auf, wenn das erste Elektromotorantriebssignal auf das zweite Elektromotorantriebssignal umschaltet, wodurch der elektrischen Servolenkungsvorrichtung ermöglicht wird, sanft und kontinuierlich bei einem Umschalten von dem ersten Elektromotorantriebssignal auf das zweite Elektromotorantriebssignal zu arbeiten.
Sowohl das erste Elektromotorantriebssignal als auch das zweite Elektromotorantriebssignal weist vorzugsweise ein PWM-Signal auf. Ein solches PWM-Signal kann leicht von einem Mikrocomputer oder von einer Schaltung, die aus diskreten Bauteilen aufgebaut ist, erzeugt werden.
Der Lenkungsdrehmomentsensor kann einen magnetostriktiven Drehmomentsensor zum Erfassen des Lenkungsdrehmoments des Lenkungssystems basierend auf einer Änderung seiner magnetischen Permeabilität aufweisen. In einem solchen Fall wird der Lenkungsdrehmomentsensor von einer kleinen Anzahl von Teilen mit einer kleinmaßstäblichen Struktur gebildet. Selbst falls ein von der elektrischen Servolenkungsvorrichtung durchgeführter mikrocomputerbasierter Prozess gestoppt wird, wodurch ein Steuerungsprozess, wie beispielsweise ein Trägheitskorrektursteuerungsprozess, unterbunden wird, der das Gefühl während des Fahrens verbessert, wird die Torsionsfestigkeit zwischen dem Lenkrad des Lenkungssystems und dem Elektromotor, der ein großes Trägheitsmoment hat, erhöht, eine Verzögerung der Steuerungsaktion verringert und ein günstiges Steuerungsempfinden beibehalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung treibt im Fall eines Fehlers des ersten Elektromotorantriebssignalerzeugers, der zu dem Hauptsystem gehört, der Elektromotorantrieb den Elektromotor basierend auf dem zweiten Elektromotorantriebssignal weiterhin an, das von dem zweiten Elektromotorantriebssignalerzeuger erzeugt wird, der zu dem redundanten System gehört und der direkt das von der Drehmomentsensorschaltung erzeugte Lenkungsdrehmomentsignal in das zweite Elektromotorantriebssignal umwandelt, das sich in Abhängigkeit von dem Betrag des Lenkungsdrehmomentsignals ändert. Daher ist es selbst im Fall eines Fehlers des ersten Elektromotorantriebssignalerzeugers möglich, eine Hilfslenkkraft in Abhängigkeit von dem Lenkungsdrehmoment auf das Lenkungssystem mit einer einfachen, kleinen und hoch zuverlässigen Anordnung, d. h. einer weniger fehleranfälligen Anordnung, unter Verwendung des zweiten Elektromotorantriebssignalerzeugers, der zu dem einfacheren redundanten System gehört, aufzubringen.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlicher, in denen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mittels eines veranschaulichenden Beispiels gezeigt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht, teilweise in Blockform, einer Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Blockdiagramm einer Schaltungsanordnung der elektrischen Servolenkungsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform;
3 ist eine Schaltungsdarstellung, teilweise in Blockform, einer Drehmomentsensorschaltung der elektrischen Servolenkungsvorrichtung;
4A ist eine Darstellung, die erfasste Spannungen zeigt, die Lenkungsdrehmomenten entsprechen, die von einem Signalerzeuger in einem Hauptsystem erzeugt werden;
4B ist eine Darstellung, die erfasste Spannungen entsprechend Lenkungsdrehmomenten zeigt, die von einem Signalerzeuger in einem redundanten System erzeugt werden;
5 ist ein Blockdiagramm eines PWM-Signalerzeugers, der aus diskreten Bauteilen aufgebaut ist;
6A ist eine Darstellung, die eine charakteristische Kurve eines Ausgabesignals von einem Tiefpassfilter zeigt, das einem Drehmomentsignal entspricht;
6B ist eine Darstellung, die eine charakteristische Kurve eines Ausgabesignals von einer Polygonalkurvenschaltung zeigt, das einem Ausgabesignal von dem Tiefpassfilter entspricht;
6C ist eine Darstellung, die eine charakteristische Kurve einer relativen PWM-Einschaltdauer zeigt, die einem Ausgabesignal von dem Tiefpassfilter entspricht;
7 ist eine Darstellung, die ein von dem in 5 gezeigten PWM-Signalerzeuger erzeugtes PWM-Signal zeigt;
8 ist ein Blockdiagramm eines anderen PWM-Signalerzeugers, der aus diskreten Bauteilen aufgebaut ist;
9A ist eine Darstellung, die eine charakteristische Kurve eines Ausgabesignals von einem Tiefpassfilter zeigt, das einem Drehmomentsignal entspricht;
9B ist eine Darstellung, die eine charakteristische Kurve eines Ausgabesignals von einer Absolutwertschaltung zeigt, das einem Ausgabesignal von dem Tiefpassfilter entspricht;
9C ist eine Darstellung, die eine charakteristische Kurve eines Ausgabesignals von einer Polygonalkurvenschaltung zeigt, das einem Ausgabesignal von dem Tiefpassfilter entspricht;
9D ist eine Darstellung, die eine charakteristische Kurve einer relativen PWM-Einschaltdauer zeigt, die einem Ausgabesignal von dem Tiefpassfilter entspricht;
9E ist eine Darstellung, die eine charakteristische Kurve eines Links/Rechts-Entscheidungssignals zeigt, das einem Ausgabesignal von dem Tiefpassfilter entspricht;
10 ist eine Darstellung, die ein von dem in 8 gezeigten PWM-Signalerzeuger erzeugtes PWM-Signal zeigt;
11 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionelle Konfiguration zum Durchführen von Funktionen der elektrischen Servolenkungsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform mit dem in 2 gezeigten Mikrocomputer zeigt;
12A ist eine Darstellung, die eine Ansteuerung einer FET-Brücke zeigt, wenn ein Lenkrad beim Drehen nach rechts unterstützt wird;
12B ist eine Darstellung, die eine Ansteuerung der FET-Brücke zeigt, wenn ein Lenkrad beim Drehen nach links unterstützt wird;
13 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Umschalten zwischen PWM-Signalen im Fall eines Fehlers des Mikrocomputers darstellt;
14 ist eine schematische Ansicht, teilweise in Blockform, einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
15 ist ein Blockdiagramm einer Schaltungsanordnung einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung nach der zweiten Ausführungsform;
16 ist ein Blockdiagramm einer Schaltungsanordnung einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
17 ist ein Blockdiagramm einer Schaltungsanordnung einer allgemeinen elektrischen Servolenkungsvorrichtung, bei der ein Mikrocomputer ein PWM-Signal erzeugt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Elektrische Servolenkungsvorrichtungen nach bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform:
1 zeigt schematisch, teilweise in Blockform, eine elektrische Servolenkungsvorrichtung („electric power steering apparatus” – EPS) 10 nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt in Blockform eine Schaltungsanordnung der elektrischen Servolenkungsvorrichtung 10 nach der ersten Ausführungsform. 3 zeigt in Blockform eine Drehmomentsensorschaltung 100 der elektrischen Servolenkungsvorrichtung 10.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die elektrische Servolenkungsvorrichtung 10, die in einem Fahrzeug eingebaut ist, eine mit einem Lenkrad 12, das als ein Lenkelement dient, verbundene Lenkwellenanordnung 14. Die Lenkwellenanordnung 14 umfasst eine Hauptlenkwelle 16, die integral mit dem Lenkrad 12 verbunden ist, und eine Ritzelwelle 22 mit einem Ritzel 20 eines Zahnstangenmechanismus 18. Die Hauptlenkwelle 16 und die Ritzelwelle 22 sind durch ein Paar Wellengelenke 24 miteinander verbunden.
Die Ritzelwelle 22 weist einen oberen Bereich, einen Zwischenbereich und einen unteren Bereich auf, die jeweils durch Lager 26a, 26b, 26c gelagert sind. Das Ritzel 20 ist an einem unteren Endbereich der Ritzelwelle 22 angeordnet. Das Ritzel 20 ist in Eingriff mit einer Verzahnung 30 einer Zahnstange 28 gehalten, die axial vor und zurück in Querrichtungen des Fahrzeugs beweglich ist. Die Zahnstange 28 weist gegenüberliegende Enden auf, die durch jeweilige Zugstangen 32 mit einem linken und einem rechten Laufrad 34 verbunden sind, die als lenkbare Räder des Fahrzeugs fungieren.
Wenn der Fahrer des Fahrzeugs das Lenkrad 12 dreht, bewirkt das Lenkrad 12, dass die Lenkwellenanordnung 14 die Vorderräder 34 durch den Zahnstangenmechanismus 18 dreht, wodurch das Fahrzeug gelenkt wird. Die Zahnstange 28, die Verzahnung 30 und die Zugstangen 32 bilden gemeinsam einen Lenkungsmechanismus 33.
Der Lenkmechanismus 33, die Lenkwellenanordnung 14 (d. h. die Hauptlenkwelle 16 und die Ritzelwelle 22, die durch die Wellengelenke 24 miteinander verbunden sind) und das Lenkrad 12 bilden gemeinsam ein Fahrzeuglenkungssystem.
Die elektrische Servolenkungsvorrichtung 10 umfasst auch einen Elektromotor 36 zum Liefern einer Hilfslenkkraft an die Ritzelwelle 22, um dadurch die manuelle Lenkkraft zu reduzieren, die der Fahrer auf das Lenkrad 12 aufbringt. Der Elektromotor 36 weist eine Ausgabewelle auf, die ein Schneckengetriebe 38 lagert, das in Antriebseingriff mit einem Schneckenrad 40 gehalten wird. Das Schneckenrad 40 ist auf der Ritzelwelle 22 unterhalb des Zwischenlagers 26b montiert. Das Schneckengetriebe 38 und das Schneckenrad 40 bilden gemeinsam einen Vorgelegemechanismus 42, der zum sanften Umwandeln der Drehantriebsleistung des Elektromotors 36 in eine verstärkte Drehantriebsleistung der Ritzelwelle 22 umwandelt.
Ein magnetostriktiver Drehmomentsensor (Lenkungsdrehmomentsensor) 44 zum Erfassen eines auf die Ritzelwelle 22, d. h. die Lenkwellenanordnung 14, aufgebrachten Drehmoments basierend auf einer Änderung von magnetischen Eigenschaften auf Grund von Magnetostriktion ist auf der Ritzelwelle 22 zwischen dem Zwischenlager 26b und dem oberen Lager 26a montiert.
Wie in den 1 bis 3 gezeigt ist weist der magnetostriktive Drehmomentsensor 44 zwei obere und untere magnetostriktive Filme 45 (siehe 3) auf, die auf der Oberfläche der Ritzelwelle 22 montiert sind. Jeder magnetostriktive Film 45 ist in der Form eines plattierten Films, der aus Ni (65%) und Fe (35%) mit einer Dicke von ungefähr 40 μm und mit einer vorgeschriebenen Breite entlang der Achse der Ritzelwelle 22 hergestellt ist. Die magnetostriktiven Filme 45 zeigen gegebene entsprechende magnetisch anisotrope Eigenschaften, die in entsprechenden entgegengesetzten Richtungen orientiert sind.
Genauer zeigen die magnetostriktiven Filme 45 entsprechende magnetisch anisotrope Eigenschaften in der folgenden Weise. Während ein vorgeschriebenes Drehmoment von 10 kgm in einer Richtung auf die Ritzelwelle 22 aufgebracht wird, wird der obere magnetostriktive Film 45 (Ni-Fe-Plattierung) durch Hochfrequenzinduktion erwärmt, die auf ungefähr 300°C unterhalb des Curie-Punkts erwärmt, und dann wird der obere mangetostriktive Film 45 gekühlt. Nachdem der mangetostriktive Film 45 gekühlt wurde, wird das Drehmoment von der Ritzelwelle 22 gelöst, wodurch dem oberen mangetostriktiven Film 45 eine magnetische Anisotropie verliehen wird. In ähnlicher Weise wird, während ein vorgeschriebenes Drehmoment von 10 kgm in der entgegengesetzten Richtung auf die Ritzelwelle 22 aufgebracht wird, der untere magnetostriktive Film 45 durch Hochfrequenzinduktion erwärmt, die auf ungefähr 300°C unterhalb des Curie-Punkts erwärmt, und dann wird der untere mangetostriktive Film 45 gekühlt. Nachdem der mangetostriktive Film 45 gekühlt wurde, wird das Drehmoment von der Ritzelwelle 22 gelöst, wodurch dem unteren mangetostriktiven Film 45 eine magnetische Anisotropie verliehen wird. Wenn ein Lenkungsdrehmoment jeweils auf die magnetostriktiven Filme 45 von der Ritzelwelle 22 aufgebracht wird, zeigen die magnetostriktiven Filme 45 umgekehrte magnetostriktive Eigenschaften basierend auf ihren magnetisch anisotropen Eigenschaften und solche umgekehrten magnetostriktiven Eigenschaften werden basierend auf Wechselstromwiderständen usw. von vier Spule 51, 52, 53, 54 erfasst, die um die magnetostriktiven Filme 45 angeordnet sind, wodurch das Lenkungsdrehmoment erfasst wird.
Die vier Spulen 51, 52, 53, 54 sind durch Drähte elektrisch mit einer Drehmomentsensorschaltung 100 verbunden. Wie in 2 gezeigt, ist die Drehmomentsensorschaltung 100 als Teil einer ECU („electronic control unit” – elektronische Steuerungseinheit) 110 enthalten. Wie in 3 gezeigt, weist die Drehmomentsensorschaltung 100 einen Signalerzeuger 60, einen Fehlerdetektor 62, einen Signaldetektor 64 und einen PWM-Signalerzeuger 66 auf. Wie später beschrieben, erzeugt die Drehmomentsensorschaltung 100 Drehmomenterfassungsspannungen VT3-1 bzw. VT3-2 für ein Hauptsystem und ein redundantes System. Die Drehmomenterfassungsspannungen VT3-1 und VT3-2 dienen gemeinsam als ein Lenkungsdrehmomentsignal VT3.
Der Signalerzeuger 60 ist mit den vier Spulen 51, 52, 53, 54 verbunden, die jeweils als eine erste Spule 51, eine zweite Spule 52, eine dritte Spule 53 und eine vierte Spule 54 bezeichnet werden und die aufeinanderfolgen auf einer dem Ritzel 20 gegenüberliegenden Seite von dem Lenkrad 12 beabstandet sind.
Die erste und die dritte Spule 51, 53 haben entsprechende Enden, deren Spannung auf 5 V durch entsprechende Pull-Up-Widerstände 70 heraufgezogen wird, und andere Enden, die jeweils mit Offener-Kollektor-Schaltwiderständen 68 verbunden sind. Die Schaltwiderstände 68 werden von einem Rechteckwellensignal mit einer Frequenz, die von 13 bis 14 kHz reicht, angesteuert, und die Schaltwiderstände 68 sind nach der Masse kurzgeschlossen, um dadurch Wechselströme durch die erste und die dritte Spule 51, 53 durchzulassen.
Zu diesem Zeitpunkt zeigen die Spannungen zwischen der ersten und der dritten Spule 51, 53 und den entsprechenden Pull-Up-Widerständen 70 eine transiente Antwort. Die niedrigsten Werte der Spannungen werden von Niederhalteschaltungen 81, 82 eines Signalerzeugerabschnitts 60A des Hauptsystems gehalten. Entsprechend erzeugen die Niederhalteschaltungen 81, 82 entsprechende Spannungen VT1-1 und VT2-1, wie in 4A gezeigt.
Der Signalerzeugerabschnitt 60A des Hauptsystems umfasst eine Verstärkerschaltung 86, die eine Spannung VT3-1 (siehe 4A) aus den Spannungen VT1-1, VT2-1 entsprechend der folgenden Gleichung (1) berechnet: VT3-1 = k{(VT1-1) – (VT2-1)} + 2,5 [V] (1)
In ähnlicher Weise sind die zweite und die vierte Spule 52, 54 mit entsprechenden Pull-Up-Widerständen 70 und mit Offener-Kollektor-Widerständen 68 verbunden. Die zweite und die vierte Spule 52, 54 sind auch jeweils mit Niederhalteschaltungen 83, 84 eines Signalerzeugerabschnitts 60B des redundanten Systems verbunden. Die Niederhalteschaltungen 83, 84 erzeugen Spannungen VT1-2 bzw. VT2-2, wie in 4B gezeigt, die an eine Verstärkerschaltung 88 angelegt werden, die eine Spannung VT3-2 (siehe 4B) aus den Spannungen VT1-2, VT2-2 entsprechend der folgenden Gleichung (2) berechnet: VT3-2 = k{(VT1-2) – (VT2-2)} + 2,5 [V] (2)
Jede der Niederhalteschaltungen 81, 82, 83, 84 kann einen Komparator und eine RC-Schaltung aufweisen.
Die Spannungen VT3-1, VT3-2 dienen gemeinsam als Lenkungsdrehmomentsignal VT3. Daher kann die Drehmomentsensorschaltung 100 angesehen werden, dass sie mehrere Drehmomentsensorschaltungen aufweist, von denen jede die gleiche Schaltungskonfiguration aufweisen kann oder jeweils unterschiedliche Schaltungskonfigurationen aufweisen kann.
Der Fehlerdetektor 62 umfasst eine Fehlererfassungsschaltung 90 des Hauptsystems sowie eine Fehlererfassungsschaltung 92 des redundanten Systems. Die Fehlererfassungsschaltungen 90, 92 berechnen entsprechende Spannungswerte entsprechend der folgenden Formeln (3) und (4): (VT1-1) + (VT2-1) (3) (VT1-2) + (VT2-2) (4)
Die entsprechend den Formeln (3) und (4) berechneten Spannungswerte sind im Wesentlichen konstant, wenn der magnetostriktive Drehmomentsensor 44 normal ist. Falls der Wert von (VT1-1) + (VT2-1) außerhalb eines vorbestimmten Bereichs fällt, dann entscheidet die Fehlererfassungsschaltung 90, dass der magnetostriktive Drehmomentsensor 44 einen Fehler erleidet. In ähnlicher Weise entscheidet, falls der Wert von (VT1-2) + (VT2-2) außerhalb eines vorbestimmten Bereichs fällt, dann die Fehlererfassungsschaltung 92, dass der magnetostriktive Drehmomentsensor 44 einen Fehler erleidet.
Außerdem vergleichen die Fehlererfassungsschaltungen 90, 92 die von dem Verstärkerschaltungen 86, 88 berechneten Werte der Spannungen VT3-1, VT3-2 mit den von den Fehlererfassungsschaltungen 90, 92 berechneten Spannungswerten, um zu diagnostizieren, ob ein Fehler in den Verstärkerschaltungen 86, 88 aufgetreten ist.
Falls die Fehlererfassungsschaltungen 90, 92 einen Fehler erfassen, dann geben die Fehlererfassungsschaltungen 90, 92 entsprechende Fehlererfassungssignale (Ausfall) aus, die zum Beispiel von einem Level 0, wenn normal, und ein Level 1 im Fall eines Fehlers sein können. Solche Fehlererfassungssignale werden an eine Schnittstellen-(I/F)-Schaltung 74 des Signalwählers 64 ausgegeben.
Jede Fehlererfassungsschaltung 90, 92 kann ein einen Addierer-Subtrahierer, ein Multiplizierer und einen Komparator aufweisen.
Der Signalwähler 64 umfasst einen Multiplexer 72 zusätzlich zu der Schnittstellenschaltung 74. Wenn keines der Fehlererfassungssignale (Ausfall) der Schnittstellenschaltung 74 zugeführt wird, betätigt die Schnittstellenschaltung 74 den Multiplexer 72, dass er die Spannung VT3-1 als das Drehmomentsignal VT3 ausgibt. Wenn eines der beiden Fehlererfassungssignale (Ausfall) der Schnittstellenschaltung 74 zugeführt wird, betätigt die Schnittstellenschaltung 74 den Multiplexer 72, dass er eine der Spannungen VT3-1, VT3-2, die nicht dem zugeführten Fehlererfassungssignal (Ausfall) zugeordnet ist, als das Drehmomentsignal VT3 ausgibt. Die Schnittstellenschaltung 74 gibt auch das zugeführte Fehlererfassungssignal (Ausfall) an einen Mikrocomputer 102 (siehe 2) aus und gibt ein Relaissignal (Rel) an eine Relaisantriebsschaltung 140 (siehe 2) aus. Jedes Fehlererfassungssignal (Ausfall) ist zum Beispiel ein 2-Bit-Signal, das zwischen einem Normal- und einem Fehlerzustand sowie zwischen dem Hauptsystem und dem redundanten System unterscheidet.
Der Signalerzeuger 60, der Fehlerdetektor 62, der Signalwähler 64 und der PWM-Signalerzeuger 66 der Drehmomentsensorschaltung 100, deren Details später beschrieben werden, können aus diskreten Schaltungen, d. h. diskreten Bauteilen, und integrierten Schaltungen, wobei solche Bauteile Widerstände, Transistoren usw. umfassen, analogen ICs wie Multiplexer, logische Schaltungen usw. konstruiert sein. Die Anzahl solcher Bauteile ist viel kleiner als die Anzahl von Bauteilen, die in Mikrocomputern verwendet werden. Daher ist die Drehmomentsensorschaltung 100 hoch zuverlässig. Die Drehmomentsensorschaltung 100, die günstig und hoch zuverlässig ist, kann alternativ in der Form eines Mikrocomputers mit einem Datenverarbeitungsvermögen zum Verarbeiten von maximal 8 Bit zu einem Zeitpunkt sein.
5 zeigt in Blockform Details des PWM-Signalerzeugers 66 in der Form einer analogen Schaltung. Wie in 5 gezeigt, umfasst der PWM-Signalerzeuger 66 einen LPF („low pass filter” – Tiefpassfilter) 202, der aus einem Widerstand und einem Kondensator zum Abschneiden eines Hochfrequenzrauschens des Drehmomentsignals VT3 aufgebaut ist, eine Polygonalkurvenschaltung 204, die aus einem OP-Verstärker, einem Widerstand und einer Diode zum Umwandeln eines Signals a1 (siehe 6A), das das Drehmomentsignal VT3 darstellt, nachdem das Rauschen davon entfernt wurde, in ein Signal a2 (siehe 6B) in Abhängigkeit von dem Drehmomentsignal VT3 (Lenkungsdrehmoment [kgfcm]) aufgebaut ist, und einen Komparator 208 zum Vergleichen des Signals a2 (siehe 7) als ein Polygonalkurvenausgabesignal mit einem von einem Dreieckwellenerzeuger 206 erzeugten Dreieckwellensignal a3 (siehe 7) und zum Ausgeben eines PWM-Signals TS (siehe 7). 6C zeigt die Beziehung zwischen dem Signal a1 und der relativen Einschaltdauer des PWM-Signal TS (relative PWM-Einschaltdauer [%]), das als das Ergebnis des Vergleichs von dem Komparator 208 erzeugt wird.
Das Signal a2 von 0 über 2,5 bis 5 [V] als ein Polygonalkurvenausgabesignal entspricht dem Bereich der Lenkungsdrehmomente von –100 über 0 bis 100 [kgfcm], wie in 6C gezeigt ist, und das Signal a2 entspricht dem Bereich der relativen PWM-Einschaltdauern von 0 über 50 bis 100% des PWM-Signals TS.
Entsprechend kann der PWM-Signalerzeuger 66, der das PWM-Signal TS erzeugt, durch eine kleine Anzahl von Schaltungselementen einfach ausgebildet sein.
8 zeigt in Blockform einen anderen PWM-Signalerzeuger 66A in der Form einer analogen Schaltung. Der PWM-Signalerzeuger 66A gibt ein PWM-Signal TS sowie ein Links/Rechts-Entscheidungssignal Sr1 aus.
Wie in 8 gezeigt, umfasst der PWM-Signalerzeuger 66A einen LPF 202, der aus einem Widerstand und einem Kondensator zum Blockieren eines Hochfrequenzrauschens des Drehmomentsignals VT3 aufgebaut ist, eine Absolutwertschaltung 210, die aus einem OP-Verstärker, einem Widerstand und einer Diode zum Ausgeben eines Signals b1 (siehe 9B) als den Absolutwert des Signals a1 (siehe 9A, die identisch mit 6A ist), das das Drehmomentsignal VT3 darstellt, nachdem das Rauschen davon entfernt wurde, aufgebaut ist, eine Polygonalkurvenschaltung 212 (siehe 9C), die aus einem OP-Verstärker, einem Widerstand und einer Diode zum Umwandeln eines Signals b1 in eine Signal b2 (siehe 10) als ein Polygonalkurvensignal aufgebaut ist, einen Komparator 208 zum Vergleichen des Signals b2 (siehe 10) als ein Polygonalkurvensignal mit einem von einem Dreieckwellenerzeuger 206 erzeugten Dreieckwellensignal a3 (siehe 10) und zum Ausgeben eines PWM-Signals TS (siehe 10) und eine Entscheidungsschaltung 214 (Komparatorschaltung) zum Vergleichen des Signals a1 mit einer Referenzspannung Vref (= 2,5 [V]) und zum Ausgeben eines Links/Rechts-Entscheidungssignals Sr1, das von 5 [V] = 1 (hohes Level) ist, wenn das Lenkrad 12 beim Drehen nach rechts (siehe 9E) unterstützt wird, und von 0 [V] = 0 (niedriges Level) ist, wenn das Lenkrad t2 beim Drehen nach links (siehe 9E) unterstützt wird.
9D zeigt die Beziehung zwischen dem Signal a1 und der relativen Einschaltdauer des PWM-Signals TS (relative PWM-Einschaltdauer [%]), die als das Ergebnis des Vergleichs durch den Komparator 208 erzeugt wird.
Da die PWM-Signalerzeuger 66, 66A von einer einfachen Konfiguration sind, können die PWM-Signalerzeuger 66, 66A in der Form eines Mikrocomputers mit einem Datenverarbeitungsvermögen zum Verarbeiten von maximal 8 Bit zu einem Zeitpunkt sein.
Der in 2 gezeigte Mikrocomputer 102 ist ein Hochleistungsmikrocomputer mit einem Datenverarbeitungsvermögen zum Verarbeiten von zumindest 16 Bit oder 32 Bit zu einem Zeitpunkt. 11 zeigt in Blockform eine funktionell Konfiguration zum Durchführen von Funktionen der elektrischen Servolenkungsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform, wenn der in 2 gezeigte Mikrocomputer 102 Programme ausführt.
Wie in 11 gezeigt, umfasst der Mikrocomputer 102 als Funktionen der elektrischen Servolenkungsvorrichtung einen Sollstrombestimmungsabschnitt 1014, einen Differenzberechner 1016, einen PID-Kompensator 1018 und einen PWM-Signalerzeuger 1020, die den von dem in 17 gezeigten Mikrocomputer 1008 durchgeführten Funktionen entsprechen.
Der Mikrocomputer 102 wird mit dem Drehmomentsensorfehlersignal (Ausfall) und dem Drehmomentsignal VT3 von der Drehmomentsensorschaltung 100, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Vs von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 222 und einem Motordrehzahl Nm von einem Motordrehzahlsensor 224 gespeist. Der Mikrocomputer 102 filtert und verarbeitet die zugeführten Signale und bestimmt einen Sollstrom (Sollmotorstrom) Ims.
Ein Sollbasisstrombestimmer 250 bestimmt einen Sollbasisstrom Ib basierend auf dem Drehmomentsignal VT3 und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Vs. Zum Beispiel ist, wie durch ein Kurvenbild von in dem Block aufgetragenen charakteristischen Kurven angezeigt, der Sollbasisstrom Ib von einem größeren Wert zum Erzeugen einer größeren Lenkunterstützungskraft, wenn das Drehmomentsignal VT3 größer wird und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Vs kleiner wird.
Ein Sollträgheitskorrekturstrombestimmer 252 bestimmt einen Sollsträgheitskompensationsstrom I1 relativ zu einer Hilfslenkkraft, um dem Lenkrad 12 zu ermöglichen, trotz des Einflusses des Trägheitsmoments des Elektromotors 36 anzufangen, basierend auf dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Vs und dem Motordrehmomentsignal Nm sanft zu drehen.
Ein Solldämpfungskorrekturstrombestimmer 254, der zum Bewirken dient, dass sich eine Lenkaktion geeignet annähert, bestimmt einen Solldämpfungskorrekturstrom Id basierend auf dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Vs und dem Motordrehmomentsignal Nm.
Ein Addierer 256 addiert den Sollbasisstrom Ib, den Sollsträgheitskompensationsstrom I1 und den Solldämpfungskorrekturstrom Id zu einem finalen Sollstrom Ims. Der Differenzberechner 1016 berechnet die Differenz zwischen dem finalen Sollstromsignal Ims und einem Elektromotorstromsignal Imo, das von dem Stromsensor (Elektromotorstromerfassungsmittel, Elektromotorstromdetektor) 1012 erfasst wird, und gibt ein Differenzsignal ΔI aus, das die berechnete Differenz darstellt. Der PID-Kompensator 1018 führt einen PID-Steuerungsprozess zum Beseitigen des Differenzsignals ΔI durch.
Genauer verarbeitet der PID-Kompensator 1018 das Differenzsignals ΔI, das die Differenz zwischen dem finalen Sollstromsignal Ims und dem Elektromotorstromsignal Imo, das von dem Stromsensor 1012 (siehe 2) erfasst wird, darstellt, entsprechend dem PID-Steuerungsprozess und bestimmt eine Motorantriebsspannung.
Der PWM-Signalerzeuger 1020 wandelt die Motorantriebsspannung in eine relative Motoreinschaltdauer und gibt ein PWM-Signal MCU (PWM/MCU) an eine FET-Antriebsschaltung (PWM-Antriebsschaltung) 104 (siehe 2) aus.
Die FET-Antriebsschaltung 104 wandelt das PWM-Signal MCU in ein Gate-Antriebssignal D, das zu der Schaltungskonfiguration einer FET-Brückenschaltung 106 neben der FET-Antriebsschaltung 10 passt, und führt das Gate-Antriebssignal D der FET-Brückenschaltung 106 zu.
Die FET-Brückenschaltung 106 legt an den Elektromotor 36 eine Motorantriebsspannung zum Zuführen des finalen Sollstromsignals Ims an.
Der Mikrocomputer 102 erfasst auch Fehler in den Sensoren, der FET-Brückenschaltung 106, dem Elektromotor 36 und dem Mikrocomputer 102.
Falls zum Beispiel irgendeiner der Drähte, die den Signalerzeuger 60 und den magnetostriktiven Drehmomentsensor 44 verbinden, gebrochen ist oder falls der Fehlerdetektor 62 einen Fehler eines bestimmten Bauteils des magnetostriktiven Drehmomentsensors 44 erfasst, dann wird eine der Spannungen VT3-1 und VT3-2, die nicht dem fehlerhaften Bauteil zugeordnet ist, als das Drehmomentsignal VT3 ausgegeben. Daher wird die elektrische Servolenkungsvorrichtung 10 kontinuierlich basierend auf dem Drehmomentsignal VT3 gesteuert.
Da der Mikrocomputer 102 das Fehlererfassungssignal (Ausfall) von der Drehmomentsensorschaltung 100 erhält, erkennt der Mikrocomputer 102 einen Fehler eines Systems in der Drehmomentsensorschaltung 100 und schaltet eine Warnlampe 230 ein. Zu diesem Zeitpunkt kann der Mikrocomputer 102 auch den Fahrer durch Verringern des Sollstromsignals Ims auf ein niedrigeres Level als den normalen Wert warnen.
Falls der Mikrocomputer 102 einen Fehler des Stromsensors 1012 erfasst, dann schaltet der Mikrocomputer 102 von dem Stromregelungsmodus, der das Ausgabesignal von dem Stromsensor 1012 verwendet, in einen Optimalwertsteuerungsmodus, der einen Motorantriebsstrom basierend auf dem Ausgabesignal von der Drehmomentsensorschaltung 100 bestimmt. Gleichzeitig schaltet der Mikrocomputer 102 die Warnlampe 230 ein. Der Mikrocomputer 102 kann auch den Fahrer durch Verringern des Sollstromsignals Ims auf ein niedrigeres Level als den normalen Wert warnen.
Der Mikrocomputer 102 führt den folgenden ersten, zweiten und dritten Fehlererfassungsprozess durch.
Der erste Fehlererfassungsprozess ist ein Laufzeitüberwachungsprozess, der an dem Mikrocomputer 102 durch die Energieversorgungsschaltung 120 durchgeführt wird, die eine 5 V-Energieversorgungsschaltung ist. Normalerweise erzeugt der Mikrocomputer 102 periodisch ein Laufzeitüberwachungssignal WDT, das von der Energieversorgungsschaltung 120 überwacht wird. Falls die Energieversorgungsschaltung 120 nicht mit dem Laufzeitüberwachungssignal WDT bei Ablauf eines vorgeschrieben Zeitraums versorgt wird, dann bestimmt die Energieversorgungsschaltung 120, dass der Mikrocomputer 102 ausgefallen ist. Die Energieversorgungsschaltung 120 gibt ein Sperrsignal Sf durch ein OR-Gate 126 an die FET-Antriebsschaltung 104 zum Bewirken aus, dass die FET Antriebsschaltung 104 nicht das PWM-Signal MCU von dem Mikrocomputer 102 akzeptiert, oder zum Verhindern, dass de FET Antriebsschaltung 104 die FETs der FET Brückenschaltung 106 ansteuert. Die Energieversorgungsschaltung 120 gibt auch ein Reset-Signal Rs an den Mikrocomputer 102 aus. Falls der Mikrocomputer 102 in einen normalen Zustand durch das Reset-Signal Rs zurückversetzt wird und die Energieversorgungsschaltung 120 das dieser zugeführte Laufzeitüberwachungssignal WDT bestätigt, dann löscht die Energieversorgungsschaltung 120 das Sperrsignal Sf, das an die FET Antriebsschaltung 104 ausgegeben wurde, und versetzt den Mikrocomputer 102 in einen normalen Betriebsmodus zurück.
Falls der Mikrocomputer 102 bei Ablauf eines vorgeschriebenen Zeitraums nicht in einen normalen Zustand zurückversetzt wird, nachdem die Energieversorgungsschaltung 120 begonnen hat, das Reset-Signal Rs auszugeben, dann schaltet ein Hilfsmikrocomputer 122 die Warnlampe 230 ein und es wird in einen später zu beschreibenden Fehlermodus des Mikrocomputers 102 geschaltet.
Der zweite Fehlererfassungsprozess ist ein innerhalb des Mikrocomputers 102 von einem Laufzeitüberwachungsmonitor 124 durchgeführter Laufzeitüberwachungsprozess. Falls der Laufzeitüberwachungsmonitor 124 nicht mit einem Laufzeitüberwachungssignal WDT bei Ablauf eines vorgeschriebenen Zeitraums versorgt wird, dann bestimmt der Laufzeitüberwachungsmonitor 124, dass der Mikrocomputer 102 ausgefallen ist. Der Laufzeitüberwachungsmonitor 124 stoppt das Ausgeben des PWM-Signals MCU von dem Mikrocomputer 102 und erzeugt ein Reset-Signal. Falls der Mikrocomputer 102 durch das Reset-Signal in einen normalen Zustand zurückversetzt wird und der Laufzeitüberwachungsmonitor 124 das diesem zugeführte Laufzeitüberwachungssignal WDT bestätigt, dann versetzt der Laufzeitüberwachungsmonitor 124 den Mikrocomputer 102 in einen normalen Betriebsmodus zurück. Falls der Mikrocomputer 102 bei Ablauf eines vorgeschriebenen Zeitraums nicht in den normalen Zustand zurückversetzt wird, nachdem der Laufzeitüberwachungsmonitor 124 begonnen hat, das Reset-Signal auszugeben, dann schaltet der Hilfsmikrocomputer 122 die Warnlampe 230 ein und es wird in einen Fehlermodus des Mikrocomputers 102 geschaltet.
Der dritte Fehlererfassungsprozess ist ein von dem Hilfsmikrocomputer 122 durchgeführter Überwachungsprozess. Der Mikrocomputer 102 und der Hilfsmikrocomputer 122 berechnen entsprechende Werte aus Eingabesignalen, wie beispielsweise dem Drehmomentsignal VT3, und vergleichen die berechneten Werte miteinander.
Falls der Hilfsmikrocomputer 122 eine Diskrepanz zwischen den verglichenen Werten erfasst, dann gibt der Hilfsmikrocomputer 122 ein Sperrsignal Sf durch das OR-Gate 126 an die FET Antriebsschaltung 104 aus, um zu bewirken, dass das PWM-Signal MCU nicht von dem Mikrocomputer 102 akzeptiert wird, oder um zu verhindern, dass die FET-Antriebsschaltung 104 die FETs der FET-Brückenschaltung 106 ansteuert.
Zu diesem Zeitpunkt kann der Hilfsmikrocomputer 122 ein Stoppsignal an die Energieversorgungsschaltung 120 ausgeben, die dann stoppt, den Mikrocomputer 102 anzusteuern, um die Funktionen des Mikrocomputers 102 zu sperren. Dann wird in dem Hilfsmikrocomputer 122 in einen Fehlermodus des Mikrocomputers 102 geschaltet.
Falls der Hilfsmikrocomputer 122 eine Diskrepanz zwischen den verglichenen Werten erfasst, dann schaltet der Mikrocomputer 102 die Warnlampe 230 ein und stoppt das Ausgeben des PWM-Signals MCU. Dann schaltet der Mikrocomputer 102 von alleine in den Fehlermodus.
Wenn der Mikrocomputer 102 in einem normalen Betriebsmodus ist, wird die elektrische Servolenkungsvorrichtung 10 in einem Stromregelungsmodus gesteuert, während dessen das Sollstromsignal Ims berechnet wird. Wenn der Mikrocomputer 102 in dem Fehlermodus ist, wird die elektrische Servolenkungsvorrichtung 10 in einem Optimalwertsteuerungsmodus (Direktumwandlungssteuerungsmodus) gesteuert, während dessen das Sollstromsignal Ims nicht berechnet wird.
Fehlermodus des Mikrocomputers 102:
Der Fehlermodus des Mikrocomputers 102 wird nachstehend beschrieben. Wenn der Mikrocomputer 102 in einem normalen Betriebsmodus ist, erzeugt der Mikrocomputer 102 ein Schaltsignal Sw, wodurch ein Transistor 130 angeschaltet wird, um einen Schalter (Schaltmittel, Gate-Mittel, Gate-Element) 132 zu öffnen, das ein normalerweise geschlossenes Halbleiterelement aufweist, wie beispielsweise ein MOS-FET oder dergleichen. Demzufolge wird verhindert, dass ein von dem PWM-Signalerzeuger 66 der Drehmomentsensorschaltung erzeugtes PWM-Signal TS in die FET Antriebsschaltung 104 eingegeben wird.
In 2 ist zu Darstellungszwecken das PWM-Signal TS als einzelnes Signal dargestellt, das über eine einzige Leitung übertragen wird. Tatsächlich werden jedoch mehrere PWM-Signale TS über entsprechende Signalleitungen übertragen, die die gleiche Anzahl aufweisen wie die Anzahl der Arme der FET-Brückenschaltung 106. Falls zum Beispiel der Elektromotor 36 ein Bürstenmotor ist, dann sind vier PWM-Signale TS erforderlich, die über vier entsprechende Signalleitungen übertragen werden.
Falls der Mikrocomputer 102 unter einem Fehler leidet oder einen Fehler in dem Hilfsmikrocomputer 122 erfasst, woraufhin die Ausgabe des PWM-Signals MCU gestoppt wird, stoppt das Schaltsignal Sw, erzeugt zu werden, wodurch der Transistor 130 zum Schließen des normalerweise geschlossenen Schalters 132 abgeschaltet wird.
Zu diese Zeitpunkt wandelt der PWM-Signalerzeuger 66 das von der Drehmomentsensorschaltung 100 ausgegebene Drehmomentsignal VT3 direkt in das PWM-Signal TS, das über den Schalter 132 in die FET Antriebsschaltung 104 eingegeben wird. Die FET-Antriebsschaltung 104 bewirkt, dass die FET-Brückenschaltung 106 den Elektromotor 36 ansteuert, der eine Hilfslenkkraft zum Unterstützen des Fahrers beim Drehen des Lenkrads 12 erzeugt.
Im Fall eines Fehlers des Mikrocomputers 102 bewirkt die Relaisantriebsschaltung 104, dass ein Leistungsrelais 134 und ein Ausfallsicherungsrelais 136 geschlossen bleiben, basierend auf dem von der Drehmomentsensorschaltung 100 ausgegebenen Relaissignal Re.
Die FET-Antriebsschaltung 104 wandelt das Level des PWM-Signals MCU oder des PWM-Signals TS in ein Level um, das hoch genug ist, um die FETs der FET Brückenschaltung 106 an- und abzuschalten. Die FET Antriebsschaltung 104 gibt das levelumgewandelte Gate-Antriebssignal D an die Gates der FETs aus. Genauer lassen PWM-Signale, d. h. das PWM-Signal MCU oder das PWM-Signal TS, für die FETs bei einem niedrigeren Potential und die FETs bei einem höheren Potential ihre Antriebsströme durch einen Puffer erhöhen, wobei das Gate-Antriebssignal D, das in der Spannung erhöht ist, an die FETs bei einem höheren Potential ausgegeben wird.
Die FET-Antriebsschaltung 104 hat eine Funktion in ihrem Eingabezustand zum Sperren, dass das PWM-Signal MCU von dem Mikrocomputer 102 in die FET-Antriebsschaltung 104 eingegeben wird, als Antwort auf das Sperrsignal Sf, das von einer externen Schaltung zugeführt wird, d. h. dem Hilfsmikrocomputer 122 oder der Energieversorgungsschaltung 120.
Falls der Elektromotor 36 ein Gleichstrombürstenmotor ist, dann hat die FET-Brückenschaltung 106 vier FETs 1 bis 4, wobei jeder ein Paar von parallel verbundenen FETs aufweist, zum Einschalten des Elektromotors 36 unter einer PWM-Steuerung, wie in den 12A und 12B gezeigt ist.
Wenn das Lenkrad 12 beim Drehen nach rechts unterstützt wird, wie in 12A gezeigt, wird der FET 1 angeschaltet und der FET 4 wird unter einer PWM-Steuerung ansteuert. Wenn das PWM-Signal, d. h. das PWM-Signal MCU oder das PWM-Signal TS, angeschaltet wird, d. h. in seinem Level hoch gemacht wird, werden der FET 1 und der FET 4 leitend gemacht, wodurch ein elektrischer Strom durch den Elektromotor 36 gelassen wird. Wenn das PWM-Signal abgeschaltet wird, d. h. niedrig in seinem Level gemacht wird, fließt weiterhin ein elektrischer Strom durch den FET 1, den Elektromotor 36 und eine Umkehrdiode des FET 2.
Wenn das Lenkrad 12 beim Drehen nach links unterstützt wird, wie in 12B gezeigt, wird der FET 2 angeschaltet und der FET 3 wird unter einer PWM-Steuerung angesteuert. Wenn das PWM-Signal, d. h. das PWM-Signal MCU oder das PWM-Signal TS, angeschaltet wird, d. h. in seinem Level hoch gemacht wird, werden der FET 2 und der FET 3 leitend gemacht, wodurch ein elektrischer Strom durch den Elektromotor 36 gelassen wird.
Wenn das PWM-Signal abgeschaltet wird, d. h. niedrig in seinem Level gemacht wird, fließt weiterhin ein elektrischer Strom durch den FET 2, den Elektromotor 36 und eine Umkehrdiode des FET 1.
Sofortiges Umschalten von dem PWM-Signal MCU zu dem PWM-Signal TS im Fall eines Fehlers des Mikrocomputers 102 zu einem Zeitpunkt, zu dem das Lenkrad 12 beim Drehen nach rechts unterstützt wird, wird nachstehend ausführlich beschrieben. 13 ist ein Ablaufdiagramm, das das Umschalten zwischen den PWM-Signalen zeigt, d. h. von dem PWM-Signal MU zu dem PWM-Signal TS, im Fall eines Fehlers des Mikrocomputers 102. Wie in 13 gezeigt, ändert sich, wenn ein Fehler des Mikrocomputers 102 zum Zeitpunkt t0 (MCU102 Fehler bestimmt) bestimmt wird, das Schaltsignal Sw von einem hohen Level zu einem niedrigen Level, wodurch der Transistor 130 abgeschaltet wird. Der normalerweise geschlossene Schalter 132 schaltet von dem offenen Zustand in den geschlossenen Zustand.
Vor dem Zeitpunkt t0 werden das Gate-Antriebssignal D, das dem von dem Mikrocomputer 102 ausgegebenen PWM-Signal MCU zugeordnet ist, und das Gate-Antriebssignal D, das dem von dem PWM-Signalerzeuger 66 der Drehmomentsensorschaltung 100 ausgegebenen PWM-Signal TS zugeordnet ist, mit einem nicht dargestellten Taktsignal synchronisiert und als Antriebssignale für die FETs 1 bis 4 ausgegeben, d. h. ein Hochlevelantriebssignal für den FET 1, Niedriglevelantriebssignale für die FETs 2, 3 und ein PWM-Signal für den FET 4. Vor dem Zeitpunkt t0 wird das Gate-Antriebssignal D, das dem von dem Mikrocomputer 102 ausgegebenen PWM-Signal MCU zugeordnet ist, durch die FET-Antriebsschaltung 104 an die FET-Brückenschaltung 106 ausgegeben. Zu dem Zeitpunkt t0 schaltet das Gate-Antriebssignal D, das dem PWM-Signal MCU zugeordnet ist, sofort zu dem Gate-Antriebssignal D um, das dem PWM-Signal TS zugeordnet ist. Auf den Zeitpunkt t0 folgend wird das Gate-Antriebssignal D, das dem von dem PWM-Signalerzeuger 66 der Drehmomentsensorschaltung 100 ausgegebenen PWM-Signal TS zugeordnet ist, durch die FET-Antriebsschaltung 104 an die FET Brückenschaltung 106 ausgegeben.
Wenn das Lenkrad 12 bei Drehen nach links unterstützt wird, werden die FETs 1 bis 4 wie in 12B gezeigt angetrieben. Zu diesem Zeitpunkt sind die ausgegebenen Gate-Antriebssignale D die gleichen wie die oben unter Bezugnahme auf 13 beschriebenen und werden nachstehend nicht ausführlich beschrieben.
Falls der Elektromotor 36 eine bürstenloser Gleichstrommotor ist, dann weist die FET-Brückenschaltung 106 sechs FETs auf, d. h. drei hochseitige FETs und drei niederseitige FETs, die eine dreiphasige Brückenschaltung aufbauen, die unter einer PWM-Steuerung angetrieben wird.
Falls der Elektromotor 36 ein Gleichstrombürstenmotor ist, dann wird ein Stromsensor 1012 verwendet, wohingegen, falls der Elektromotor 36 ein bürstenloser Gleichstrommotor ist, dann zwei Stromsensoren 1012 verwendet werden. Jeder solcher Stromsensoren 1012 gibt erfasste Stromwerte als ein Elektromotorstromsignal Imo an den Mikrocomputer 102 aus.
Falls der Elektromotor 36 ein bürstenloser Gleichstrommotor ist, dann wird der Elektromotor 36 mit einem Drehsensor kombiniert, wie beispielsweise einem Drehmelder oder einem Hallsensor, zum Erfassen einer Winkelverschiebung des Rotors des Elektromotors 36. Der Drehsensor erfasst die Winkelverschiebung des Rotors und gibt ein Winkelverschiebungssignal an den Mikrocomputer 102 aus. Basierend auf dem Winkelverschiebungssignal und dem Elektromotorstromsignal führt der Mikrocomputer 102 einen D-Q-Umwandlungsprozess zum Durchführen einer Vektorsteuerung des Elektromotors 36 durch.
Falls der Elektromotor 36 ein bürstenloser Gleichstrommotor ist, dann kann das Winkelverschiebungssignal auch dem PWM-Signalerzeuger 66 der Drehmomentsensorschaltung 100 zugeführt werden, der das PWM-Signal TS basierend auf dem Drehmomentsignal VT3 und dem Winkelverschiebungssignal erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Betrag (maximale relative Einschaltdauer) des PWM-Signals basierend auf dem Drehmomentsignal VT3 ermittelt und die Phase des PWM-Signals TS bezüglich des Rotors des Elektromotors 36 wird basierend auf dem Winkelverschiebungssignal ermittelt. Im Fall eines Fehlers des Mikrocomputers 102 wird das PWM-Signal TS durch den Schalter 132 in die FET-Antriebsschaltung 104 in der gleichen Weise eingegeben, als ob der Elektromotor 36 ein Bürstenmotor wäre.
Die ECU 110 sendet und empfängt ein CAN-(„controller area network” – Steuerungsnetzwerk)-Signal (Kommunikationssignal) für Kommunikationen zwischen Steuerungsvorrichtungen an Bord eines Fahrzeugs sowie Elektrizität von der Batterie, ein Massesignal, ein Warnlampensignal und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Vs von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 222.
Die Übertragung von Funktionen der elektrischen Servolenkungsvorrichtung („electric power steering apparatus” – EPS) 10 in einen Fehlermodus (nachfolgend zu t0 in 13) des Mikrocomputers 102 wird durch das CAN-Signal angegeben, das zu den anderen Systemen an Bord eines Fahrzeugs wie ein Straßenhaltesystem, ein Parkhilfesystem und ein Fahrzeugstabilitätssystem, übertragen wird, um diese Systeme zu informieren, dass einige der EPS-Funktionen deaktiviert sind. Die anderen Systeme an Bord eines Fahrzeugs schalten dann in einen degenerierten Modus.
Zweite Ausführungsform:
14 zeigt schematisch, teilweise in Blockform, eine Elektrische Servolenkungsvorrichtung 10A nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 15 zeigt in Blockform eine Schaltungsanordnung der elektrischen Servolenkungsvorrichtung 10A nach der zweiten Ausführungsform.
Diejenigen in den 14 und 15 gezeigten Teile, die denjenigen in 1 und 2 gezeigten entsprechen oder mit diesen identisch sind, sind durch entsprechende oder identische Bezugszeichen bezeichnet und solche Merkmale werden nachstehend nicht ausführlich beschrieben.
Wie in 14 und 15 gezeigt, weist eine Drehmomentsensorschaltung 100 nicht Teil, sondern befindet sich außerhalb von, einer ECU 110A, die mit dem Elektromotor 36 integral kombiniert ist. Die Drehmomentsensorschaltung 100 ist mit der Anordnung von Spulen 51 bis 54 des magnetostriktiven Drehmomentsensors 44 integral verbunden und ist in einem aus PPS-Harz hergestellten Gehäuse aufgenommen, das ein funktionelles Harz ist, das hoch wärme- und feuerfest ist und ausgezeichnete Eigenschaften aufweist. Die Spulen 51 bis 54 sind mit der Drehmomentsensorschaltung 100 durch Drähte elektrisch verbunden, die auch in dem Gehäuse gegen ein Aussetzen gegenüber der Umgebung aufgenommen sind.
Wie in 14 gezeigt, ist die ECU 110A, die ohne die Drehmomentsensorschaltung 100 ist, in einem Gehäuse aufgenommen, das mit dem Gehäuse des Elektromotors 36 integral gegossen oder durch Schrauben daran befestigt ist.
Die ECU 110A und der Elektromotor 36 sind miteinander durch Drähte wie Signalleitungen, Energieversorgungsleitungen und Drehsensoren, die in dem Gehäuse gegen ein Aussetzen gegenüber der Umgebung aufgenommen sind, elektrisch verbunden.
Das Elektrizitätssignal, das Massesignal, das Drehmomentsignal VT3, das Fehlererfassungssignal (Ausfall) und die PWM-Signale usw. werden zwischen der ECU 110A und der Drehmomentsensorschaltung 100 ausgetauscht. Die ECU 110A sendet und empfängt das CAN-Signal, das Elektrizitätssignal, das Massesignal, das Warnlampensignal und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Vs.
Dritte Ausführungsform:
16 zeigt in Blockdarstellung eine Schaltungsanordnung einer Elektrische Servolenkungsvorrichtung 108 nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Diejenigen in 16 gezeigten Teile, die denjenigen in 2 und 15 gezeigten entsprechen oder mit diesen identisch sind, sind durch entsprechende oder identische Bezugszeichen bezeichnet und solche Merkmale werden nachstehend nicht ausführlich beschrieben.
Wie in 16 gezeigt, befindet sich ein PWM-Signalerzeuger 66 zum Erzeugen eines PWM-Signals TS in Abhängigkeit von dem Drehmomentsignal VT3 innerhalb einer ECU 1108, die mit dem Elektromotor 36 integral kombiniert ist.
Entsprechend ist die Anzahl von Bauteilen, die zwischen einer Drehmomentsensorschaltung 1008, die außerhalb der ECU 1108 angeordnet ist, und der ECU 1008 verbunden sind, reduziert.
Wie oben beschrieben, umfasst jede der elektrischen Servolenkungsvorrichtungen 10, 10A, 10B nach den oben beschriebenen Ausführungsformen den Elektromotor 36 zum Aufbringen einer Hilfslenkkraft auf ein Lenkungssystem (d. h. die Ritzelwelle 22), den Lenkungsdrehmomentsensor (d. h. den magnetostriktiven Drehmomentsensor 44 bei den Ausführungsformen oder einen Torsionsstangendrehmomentsensor) zum Erfassen eines Lenkungsdrehmoments des Lenkungssystems, die Drehmomentsensorschaltung 100 zum Erzeugen eines Lenkungsdrehmomentsignals VT3 basierend auf dem von dem Lenkungsdrehmomentsensor erfassten Drehmoment, den ersten Elektromotorantriebssignalerzeuger (d. h. den Mikrocomputer 102) zum Erzeugen eines ersten Elektromotorantriebssignals (d. h. des PWM-Signals MCU als ein erstes PWM-Signal) basierend auf dem Lenkungsdrehmomentsignal VT3, und den Elektromotorantrieb (d. h. die reihenverbundene Schaltung aus der FET-Antriebsschaltung 104 und der FET-Brückenschaltung 106) zum Antreiben des Elektromotors 36 basierend auf dem ersten Elektromotorantriebssignal.
Jede der elektrischen Servolenkungsvorrichtungen 10, 10A, 10B umfasst auch den zweiten Elektromotorantriebssignalerzeuger (d. h. den PWM-Signalerzeuger 66, 66A) zum direkten Umwandeln des von der Drehmomentsensorschaltung 100 erzeugten Lenkungsdrehmomentsignals VT3 in ein zweites Elektromotorantriebssignal (d. h. das PWM-Signal TS als ein zweites PWM-Signal, das sich in Abhängigkeit von dem Betrag des Lenkungsdrehmomentsignals VT3 ändert). Im Fall eines Fehlers des ersten Elektromotorantriebssignalerzeugers (d. h. des Mikrocomputers 102) treibt der Elektromotorantrieb (d. h. die reihenverbundene Schaltung aus der FET-Antriebsschaltung 104 und der FET-Brückenschaltung 106) den Elektromotor 36 basierend auf dem zweiten Elektromotorantriebssignal (d. h. dem PWM-Signal TS) an, das von dem zweiten Elektromotorantriebssignalerzeuger (d. h. dem PWM-Signalerzeuger 66, 66A) erzeugt wird.
Nach den obigen Ausführungsformen treibt im Fall eines Fehlers des ersten Elektromotorantriebssignalerzeugers (d. h. des Mikrocomputers 102), der zu dem Hauptsystem gehört, der Elektromotorantrieb (d. h. die reihenverbunden Schaltung aus der FET-Antriebsschaltung 104 und der FET-Brückenschaltung 106) den Elektromotor basierend auf dem zweiten Elektromotorantriebssignal (d. h. dem PWM-Signal TS) an, das von dem zweiten Elektromotorantriebssignalerzeuger (d. h. dem PWM-Signalerzeuger 66) erzeugt wird, der zu dem redundanten System gehört und der das von der Drehmomentsensorschaltung 100 erzeugte Lenkungsdrehmomentsignal VT3 direkt in das zweite Elektromotorantriebssignal (d. h. das PWM-Signal TS als ein zweites PWM-Signal) umwandelt, das sich in Abhängigkeit von dem Betrag des Lenkungsdrehmomentsignals VT3 ändert, ungeachtet des dem Elektromotor 36 zugeführten Sollstrom Ims. Daher kann selbst im Fall eines Fehlers des ersten Elektromotorantriebssignalerzeugers (d. h. des Mikrocomputers 102), der zu dem Hauptsystem gehört, eine Hilfslenkkraft in Abhängigkeit von dem Lenkungsdrehmoment auf das Lenkungssystem mit einer einfachen, kleinen und hoch zuverlässigen Anordnung, d. h. einer weniger fehleranfälligen Anordnung, unter Verwendung des zweiten Elektromotorantriebssignalerzeugers (d. h. des PWM-Signalerzeugers 66, 66A) aufgebracht werden, der zu dem einfacheren redundanten System gehört.
Nach den obigen Ausführungsformen wird außerdem der PWM-Signalerzeuger (zweite Elektromotorantriebssignalerzeuger, zweite PWM-Signalerzeuger) 66 oder 66A, der das PWM-Signal TS (zweites Elektromotorantriebssignal, zweites PWM-Signal) zum Antreiben des Elektromotors 36 unter einer Optimalwertsteuerung basierend auf dem Lenkungsdrehmomentsignal VT3 erzeugt, wahlweise durch den Schalter 132 bezüglich des Mikrocomputers (ersten Elektromotorantriebssignalerzeugers, ersten PWM-Signalerzeugers) 102 verbunden, um dadurch das PWM-Signal MCU (erstes Elektromotorantriebssignal, erstes PWM-Signal) zum Antreiben des Elektromotors 36 unter einer Regelung basierend auf dem Lenkungsdrehmomentsignal VT3 zu erzeugen.
Im Fall eines Fehlers des Mikrocomputers (ersten Elektromotorantriebssignalerzeugers, erster PWM-Signalerzeuger) 102 in dem Elektromotorantrieb (d. h. der reihenverbundenen Schaltung, die aus der FET-Antriebsschaltung 104 und der FET-Brückenschaltung 106 aufgebaut ist), schaltet der Schalter 132 von dem PWM-Signal MCU zu dem PWM-Signal TS (zweites Elektromotorantriebssignal, zweites PWM-Signal), das von dem PWM-Signalerzeuger (zweiten Elektromotorantriebssignalerzeuger, zweiten PWM-Signalerzeuger) 66 oder 66A erzeugt wird, woraufhin der Elektromotor 36 von dem PWM-Signal TS angetrieben wird.
Da der PWM-Signalerzeuger (zweiter Elektromotorantriebssignalerzeuger, zweiter PWM-Signalerzeuger) 66 oder 66A das Lenkungsdrehmomentsignal VT3 direkt in das PWM-Signal TS (zweites Elektromotorantriebssignal, zweites PWM-Signal) umwandelt, um dadurch die Optimalwertsteuerung auszuführen, ist es nicht erforderlich, den Sollstrom Ims zu berechnen. Daher kann die elektrische Servolenkungsvorrichtung kontinuierlich mit einer Anordnung betrieben werden, die einfacher und zuverlässiger als der Mikrocomputer (erster Elektromotorantriebssignalerzeuger, erster PWM-Signalerzeuger) 102 ist.
Im Fall eines Fehlers eines ersten Elektromotorantriebssignalerzeugers, z. B. des Mikrocomputers (102), der ein erstes Elektromotorantriebssignal (PWM-Signal MCU) zum Durchführen einer Regelung erzeugt, wandelt ein zweiter Elektromotorantriebssignalerzeuger, z. B. ein PWM-Signalerzeuger (66), der aus diskreten Bauteilen aufgebaut ist, ein Lenkungsdrehmomentsignal (VT3) in ein zweites Elektrorotorantriebssignal (PWM-Signal TS) um. Ein Elektromotor (36), der die Hilfslenkkraft erzeugt, wird von dem zweiten Elektromotorantriebssignal (PWM-Signal TS) angetrieben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009-067077 [0017, 0018, 0019]

Claims

Elektrische Servolenkungsvorrichtung umfassend: einen Elektromotor (36) zum Aufbringen einer Hilfslenkkraft auf ein Lenkungssystem; einen Lenkungsdrehmomentsensor (44) zum Erfassen eines Lenkungsdrehmoments des Lenkungssystems; eine Drehmomentsensorschaltung (100) zum Erzeugen eines Lenkungsdrehmomentsignals (VT3) basierend auf dem von dem Lenkungsdrehmomentsensor (44) erfassten Drehmoment; einen ersten Elektromotorantriebssignalerzeuger (102) zum Erzeugen eines ersten Elektromotorantriebssignals (PWM-Signal MCU) basierend auf dem Lenkungsdrehmomentsignal (VT3); einen Elektromotorantrieb (104, 106) zum Antreiben des Elektromotors (36) basierend auf dem ersten Elektromotorantriebssignal (PWM-Signal MCU); und einen zweiten Elektromotorantriebssignalerzeuger (66, 66A) zum direkten Umwandeln des von der Drehmomentsensorschaltung (100) erzeugten Lenkungsdrehmomentsignals (VT3) in ein zweites Elektromotorantriebssignal (PWM-Signal TS), das sich in Abhängigkeit von dem Betrag des Lenkungsdrehmomentsignals ändert (VT3), wobei im Fall eines Fehlers des ersten Elektromotorantriebssignalerzeugers (102) der Elektromotorantrieb (104, 106) den Elektromotor (36) basierend auf dem zweiten Elektromotorantriebssignal (PWM-Signal TS) antreibt, das von dem zweiten Elektromotorantriebssignalerzeuger (66, 66A) erzeugt wird.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Elektromotorantriebssignalerzeuger (66, 66A) das von der Drehmomentsensorschaltung (100) erzeugte Lenkungsdrehmomentsignal (VT3) direkt in ein zweites Elektromotorantriebssignal (PWM-Signal TS) umwandelt, wobei sich das zweite Elektromotorantriebssignal in Abhängigkeit von dem Betrag des Lenkungsdrehmomentsignals (VT3) ungeachtet eines dem Elektromotor (36) zugeführten Sollstroms ändert.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der erste Elektromotorantriebssignalerzeuger (102) das erste Elektromotorantriebssignal (PWM-Signal MCU) zum Ermöglichen erzeugt, dass der Elektromotorantrieb (104, 106) den Elektromotor (36) unter einer Regelung basierend auf dem Lenkungsdrehmomentsignal (VT3) antreibt, und der zweite Elektromotorantriebssignalerzeuger (66, 66A) das zweite Elektromotorantriebssignal (PWM-Signal TS), das sich in Abhängigkeit von dem Betrag des Lenkungsdrehmomentsignals (VT3) ändert, zum Ermöglichen erzeugt, dass der Elektromotorantrieb (104, 106) den Elektromotor (36) unter einer Optimalwertsteuerung antreibt.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Elektromotorantriebssignalerzeuger (102) einen Mikrocomputer umfasst, und der zweite Elektromotorantriebssignalerzeuger (66, 66A) Schaltungsbauteile außer einen Mikrocomputer aufweist.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Elektromotorantriebssignalerzeuger (102) und der zweite Elektromotorantriebssignalerzeuger (66, 66A) einen ersten Mikrocomputer bzw. einen zweiten Mikrocomputer aufweisen, und der zweite Mikrocomputer ein Datenverarbeitungsvermögen zum Verarbeiten einer kleineren Anzahl von Bits pro Zeiteinheit als der erste Mikrocomputer aufweist.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Elektromotorantriebssignalerzeuger (102) das erste Elektromotorantriebssignal (PWM-Signal MCU) basierend auf einem Fahrzeuggeschwindigkeit zusätzlich zu dem Lenkungsdrehmomentsignal (VT3) erzeugt, und der zweite Elektromotorantriebssignalerzeuger (66, 66A) das zweite Elektromotorantriebssignal (PWM-Signal TS) basierend nur auf dem Lenkungsdrehmomentsignal (VT3) erzeugt.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Drehmomentsensorschaltung (100) mehrere Drehmomentsensorschaltungen (100) umfasst und im Fall eines Fehlers von einer der Drehmomentsensorschaltungen (100) die übrigen Drehmomentsensorschaltungen (100) zum Erfassen eines Lenkungsdrehmoments des Lenkungssystems verwendet werden.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der zweite Elektromotorantriebssignalerzeuger (66, 66A) arbeitet, bevor der erste Elektromotorantriebssignalerzeuger (102) einen Fehler erleidet, und wenn der erste Elektromotorantriebssignalerzeuger (102) einen Fehler erleidet, das erste Elektromotorantriebssignal (PWM-Signal MCU) sofort zu dem zweiten Elektromotorantriebssignal (PWM-Signal TS) umschaltet, das von dem zweiten Elektromotorantriebssignalerzeuger (66, 66A) erzeugt wird.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei sowohl das erste Elektromotorantriebssignal (PWM-Signal MCU) als auch das zweite Elektromotorantriebssignal (PWM-Signal TS) ein PWM-Signal umfasst.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Lenkungsdrehmomentsensor (44) einen magnetostriktiven Drehmomentsensor zum Erfassen des Lenkungsdrehmoments des Lenkungssystems basierend auf einer Änderung in seiner magnetischen Permeabilität aufweist.