DE10215570A1

DE10215570A1 - Motorgetriebene Servolenkvorrichtung

Info

Publication number: DE10215570A1
Application number: DE10215570A
Authority: DE
Inventors: Hideaki Fujii; Masayuki Ohkubo; Yoshiaki Taniguchi; Yoshihiro Takemoto
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2002-10-17
Also published as: US6644434B2; US20020148676A1

Abstract

Es wird eine motorbetriebene Servolenkvorrichtung bereitgestellt, welche ein Spiel des Lenkrads zum Zeitpunkt der Lenkung vermeiden kann, und welche Geräusche zu dem Zeitpunkt vermeiden kann, wenn die motorbetriebene Servolenkvorrichtung mit einer hohen Drehzahl arbeitet. DOLLAR A Bei einer motorbetriebenen Servolenkvorrichtung, die als eine Lenkeinheit zum Lenken der Laufräder, wie der Vorderräder oder dergleichen, eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, werden die Laufräder durch Verdrehen des Lenkrads unter Einwirkung einer Hilfslenkkraft, erzeugt von einem bürstenlosen Motor, und unter Einwirkung einer manuellen Lenkkraft gelenkt, welche durch Betätigen eines Lenkrads aufgebracht wird. In einem Steuerschaltungsteil des bürstenlosen Motors wird die Voreilwinkelgröße nach Maßgabe eines Detektionssignals von einem Drehmomentsensor ermittelt, und die Drehzahl wird auf der Basis des Detektionssignals von einem Drehwinkelgeber ermittelt. Der bürstenlose Motor wird nach Maßgabe eines optimalen Voreilwinkels betrieben, welchen man durch Korrektur einer Voreilwinkelgröße entsprechend der Belastung nach Maßgabe der Drehzahl erhält. Hierdurch läßt sich eine Drehmomentwelligkeit zum Zeitpunkt einer niedrigen Drehzahl reduzieren, und es läßt sich eine elektrische effektive Stromwelligkeit zum Zeitpunkt einer hohen Drehzahl reduzieren.

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Sensorik einer motorbetriebenen Servo lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug und insbesondere mit einer Technik, welche sich in effektiver Weise bei einer motorbetriebenen Servolenkvorrich tung einsetzen läßt, bei der ein Antrieb mittels eines bürstenlosen Motors mit einer zeitlichen Steuerung nach Maßgabe eines optimalen Voreilwinkels in Abhängigkeit von einer Belastung erfolgen kann.

Bei einer motorbetriebenen Servolenkvorrichtung, mit der sich die Erfinder befaßt haben, ist diese beispielsweise als eine Lenkeinheit zum Lenken von Laufrädern, wie den Vorderrädern oder dergleichen, eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Hierbei wird ein bürstenloser Motor eingesetzt, bei dem keine Leistungsveränderung selbst dann berücksichtigt wird, wenn sich der Kontaktzustand von einem Kommutator mit einer Bürste ändert. Auch werden eine lange Standzeit und dergleichen nicht mehr berücksichtigt. Als eine motorbetriebene Servolenkvorrichtung mit einem bürstenlosen Motor gibt es die sogenannte Auslegung im Zusammenwirken mit einer Zahnstange, bei der der bürstenlose Motor koaxial an einer Zahnstange oder einer Zahnwelle vorgesehen ist, und eine Hilfslenkkraft durch den bürstenlosen Motor der Zahnstange bzw. der Zahnwelle bereitgestellt wird.

Die motorbetriebene Servolenkvorrichtung mit Zahnstangenunterstützung weist einen bürstenlosen Motor, eine Zahnstange bzw. Zahnwelle auf, welche koaxial zu dem bürstenlosen Motor angeordnet ist, sowie Laufräder, welche über einen Zahnstangenantrieb mit der Zahnstange über eine Verbindungsein richtung verbunden sind, ein Lenkrad und dergleichen, und überträgt eine Lenkhilfskraft, welche durch den bürstenlosen Motor erzeugt wird, auf die Zahnstange bzw. Zahnwelle über eine Kugelumlaufspindeleinrichtung. Ferner ist die Auslegung derart getroffen, daß die Laufräder zur Lenkung durch die Hilfslenkkraft verdreht werden, welche durch den bürstenlosen Motor erzeugt wird und durch eine manuelle Lenkkraft, welche durch Betätigen des Lenkrads oder dergleichen, erzeugt wird. Auf diese Weise kann man den Lenkkraftauf wand durch einen Fahrer reduzieren (siehe hierzu beispielsweise die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 8-251975).

Bei der motorbetriebene Servolenkvorrichtung unter Einsatz des vorstehend beschriebenen bürstenlosen Motors wird jedoch der bürstenlose Motor nach Maßgabe der Positionsdetektionsinformationen eines Rotors kommutiert (geschaltet) und gesteuert. Da jedoch eine Drehmomentwelligkeit bei dem bürstenlosen Motor manchmal stark wird und dem Fahrer über das Lenkrad in Form eines Spiels am Lenkrad übertragen wird, kann es vorkommen, daß der Fahrer ein ungünstiges und unsicheres Lenkgefühl bekommt.

Wenn ferner die Kommutierung (Umschaltung) und die Steuerung nach Maßgabe der Positionsinformation des Rotors vorgenommen werden, wird die Schwankung eines Versorgungsstromes (effektiv elektrische Stromwelligkeit) groß, wie dies beispielsweise in Fig. 7 verdeutlicht ist. Infolge dieser elektrischen effektiven Stromwelligkeit können von dem bürstenlosen Motor Geräusche erzeugt werden. Wenn insbesondere die Umdrehungsanzahl bzw. die Drehzahl des bürstenlosen Motors ähnlich wie bei einem schnellen Verdrehen des Lenkrads hoch ist, werden diese Geräusche signifikant und somit wird dem Fahrer ein gewisses Gefühl eines mangelnden Komforts vermittelt.

Die Erfindung zielt daher darauf ab, eine motorbetriebene Servolenkvorrich tung bereitzustellen, welche ein Spiel eines Lenkrads zum Zeitpunkt des Lenkens verhindern kann, und das Auftreten von Geräuschen zum Zeitpunkt bei einer schnellen Drehung relativ zu der motorbetriebene Servolenkvorrich tung sich dadurch vermeiden läßt, daß die Drehmomentwelligkeit des bürstenlosen Motors gemäß der voranstehenden Beschreibung und die effektive elektrische Stromwelligkeit des Versorgungsstroms berücksichtigt werden.

Nach der Erfindung wird hierzu ein bürstenloser Motor zum Erzeugen einer Hilfslenkkraft bereitgestellt, welcher folgendes aufweist: Eine Treibereinrich tung zum Anlegen eines elektrischen Stromes und zum Anlegen von keinem elektrischen Strom an die jeweilige Phasenspule des bürstenlosen Motors, so daß der bürstenlose Motor sich in einer vorbestimmten Richtung drehen kann; eine Belastungsdetektiereinrichtung zum Detektieren einer an dem bürstenlo sen Motor anliegenden Belastung; eine Ermittlungseinrichtung für die Größe des Voreilwinkels zum Ermitteln einer Größe eines Voreilwinkels nach Maßgabe der mittels der Belastungsdetektiereinrichtung ermittelten Belastung; eine Positionsdetektiereinrichtung zum Detektieren einer Position eines Rotors in dem bürstenlosen Motor; eine Umdrehungsanzahl- bzw. Drehzahlermitt lungseinrichtung zum Ermitteln der Drehzahl des bürstenlosen Motors auf der Basis eines Detektionssignals der Positionsdetektiereinrichtung; eine Voreilwinkel-Größenkorrektureinrichtung zum Korrigieren der Voreilwinkelgrö ße, ermittelt durch die Ermittlungseinrichtung für die Größe des Voreilwinkels nach Maßgabe der Drehzahl, welche durch die Drehzahlermittlungseinrichtung ermittelt worden ist; und eine Steuereinrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals nach Maßgabe der Größe des Voreilwinkels, korrigiert durch die Größe der Voreilwinkelkorrektureinrichtung, die die Treibereinrichtung auf der Basis des Steuersignals steuert und die die Zeit und das Anlegen eines elektrischen Stromes oder für das Anlegen von keinem elektrischen Strom an die jeweilige Phasenspule des bürstenlosen Motors bei einer Umschaltzeit entsprechend einem vorbestimmten Voreilwinkel steuert.

Ferner wird nach der Erfindung eine motorbetriebene Servolenkvorrichtung bereitgestellt, welche ein Auftreten von Geräuschen zum Zeitpunkt des Lenkens relativ zu einer motorbetriebene Servolenkung dadurch verhindern kann, daß die elektrische effektive Stromwelligkeit des Versorgungsstromes in der vorstehend beschriebenen Weise Berücksichtigung findet.

Gemäß einer weiteren Auslegungsform nach der Erfindung ist folgendes vorgesehen: Ein bürstenloser Motor, welcher eine Hilfslenkkraft erzeugt; eine Treibereinrichtung zum Anlegen eines elektrischen Stromes oder zum Anlegen von keinem elektrischen Strom an die jeweilige Phasenspule des bürstenlosen Motors, wodurch der bürstenlose Motor eine Drehbewegung in einer vorbe stimmten Richtung ausführt; eine Positionsdetektiereinrichtung zum Detektie ren einer Position eines Rotors in dem bürstenlosen Motor; eine Umdrehungs anzeige-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Umdrehungsanzahl bzw. Drehzahl des bürstenlosen Motors auf der Basis eines Detektionssignales der Positionsdetektiereinrichtung; eine Ermittlungseinrichtung für die Größe des Voreilwinkels zum Ermitteln einer Voreilwinkelgröße nach Maßgabe der mittels der Drehzahl-Ermittlungseinrichtung ermittelten Drehzahl; und eine Steuerein richtung, welche ein Steuersignal nach Maßgabe der Größe des Voreilwinkels ermittelt durch die Ermittlungseinrichtung für die Größe des Voreilwinkels erzeugt, die Treibereinrichtung auf der Basis des Steuersignals steuert und das Anlegen eines elektrischen Stroms oder das Anlegen von keinem elektrischen Strom an die jeweilige Phasenspule des bürstenlosen Motors zu einem Kommutationszeitpunkt (Kommutationszeitpunkt) nach Maßgabe eines vorbestimmten Voreilwinkels zeitlich steuert.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung einer Auslegungs form eines Hauptteils einer motorbetriebene Servolenkvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfin dung;

Fig. 2 ein Funktionsblockdiagramm zur Verdeutlichung eines Steuer schaltungsteils eines bürstenlose Motors bei der motorbetriebene Servolenkvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausfüh rungsform nach der Erfindung;

Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung des Steuerungsablaufes mittels der Steuerschaltung bei der motorbetriebene Servolenkvor richtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung;

Fig. 4 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen einem Drehmoment und einer Schwankungsrate eines Versor gungsstroms bezüglich eines Voreilwinkels bei der motorbetriebene Servolenkvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausfüh rungsform nach der Erfindung;

Fig. 5 ein Wellenformdiagramm zur Verdeutlichung des Versorgungs stroms bei der motorbetriebenen Servolenkvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung;

Fig. 6 ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung eines Steuerungsablaufes eines Steuerungsteils bei einer motorbetriebenen Servolenkvor richtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung; und

Fig. 7 ein Wellenformdiagramm zur Verdeutlichung des Versorgungs stroms bei der motorbetriebenen Servolenkvorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung.

Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung bevorzugte Ausführungsformen nach der Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung eines Aufbaus eines Hauptteils einer motorbetriebenen Servolenkvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung. Fig. 2 ist ein Funktions blockdiagramm zur Verdeutlichung eines Steuerschaltungsteils eines bürstenlosen Motors bei der motorbetriebene Servolenkvorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung. Fig. 3 ist ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung des Steuerungsablaufes bei der Steuer schaltung, und Fig. 4 ist ein Diagramm zur Verdeutlichung des Zusammen hangs zwischen einem Drehmoment und einer Schwankungsrate eines Versorgungsstromes bezüglich eines Voreilwinkels. Fig. 5 ist ein Wellen formdiagramm zur Verdeutlichung des Versorgungsstromes.

Zuerst sollen die wesentlichen Einzelheiten einer beispielhaft in Fig. 1 gezeigten motorbetriebenen Servolenkvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung erläutert werden. Die motorbetriebene Servolenkvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist als eine Lenkeinheit zum Lenken von Laufrädern, wie den Vorderrädern oder dergleichen, eines Kraftfahrzeugs angebracht. Die motorbetriebene Servolenkvorrichtung weist folgendes auf: Einen bürstenlo sen Motor 1; eine Zahnstange bzw. Zahnwelle 2, welche koaxial in dem bürstenlosen Motor 1 vorgesehen ist; Laufräder (nicht gezeigt), welche mit den beiden Enden der Zahnstange bzw. der Zahnwelle 2 über eine Verbindungs einrichtung, wie eine Stange, einen Arm oder dergleichen, verbunden ist; ein Lenkrad 3, welches mit der Zahnstange bzw. Zahnwelle 2 über eine Verbin dungseinrichtung, wie eine Lenkwelle oder dergleichen, verbunden ist; ein Steuerschaltungsteil 4 zum Antreiben und Steuern des bürstenlosen Motors 1, ein Kugelumlaufspindelantriebsteil 5, welches eine Lenkhilfskraft, die durch den bürstenlose Motor 1 erzeugt wird, auf die Zahnwelle bzw. Zahnstange 2 und dergleichen überträgt, so daß die Laufräder nach Maßgabe der Lenkrad bewegung mit Hilfe der Hilfslenkkraft verdreht werden, die durch den bürstenlosen Motor erzeugt wird, sowie aufgrund einer manuellen Lenkkraft, die beim Betätigen auf das Lenkrad 3 aufgebracht wird.

Der bürstenlose Motor 1 der motorbetriebene Servolenkvorrichtung wird über das Steuerschaltungsteil 4 auf der Basis der Resultate der Detektion eines Drehmomentsensors 6 gesteuert, welcher zwischen dem Lenkrad 3 und der Zahnwelle bzw. Zahnstange 2 vorgesehen ist, und einen Drehwinkelgeber (Resolver) 7, welcher eine Position (einen Drehwinkel) eines Rotors in dem bürstenlosen Motor detektiert. Der bürstenlose Motor 1 ist beispielsweise von der Bauart mit einem innenliegenden Rotor. Hierbei ist der Stator in einem Außenumfangsabschnitt angeordnet, und ein Rotor ist in einem Innenum fangsteil vorgesehen. Fünf Phasenspulen sind in dem inneren Umfangsab schnitt des Stators angeordnet, und ein Magnet ist an dem Außenumfangsab schnitt des Rotors angeordnet.

Nachstehend soll ein Auslegungsbeispiel des Steuerschaltungsteils 4 bei einem bürstenlose Motor 1 unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher erläutert werden. Das Steuerschaltungsteil 4 des bürstenlosen Motors 1 hat fünf Phasenspulen, welche eine a-Phasenspule, eine b-Phasenspule, eine c- Phasenspule, eine d-Phasenspule und eine e-Phasenspule umfassen, die zuvor gezeigt worden sind. Dieses Steuerschaltungsteil 4 ist mit dem bürstenlose Motor 1 zur Erzeugung einer Lenkhilfskraft verbunden. Der Drehmomentsensor 6, bei dem es sich um eine Belastungsdetektionseinrich tung zum Detektieren einer Belastung (Lenkdrehmoment) handelt, ist mit dem bürstenlose Motor 1 verbunden. Der Drehwinkelgeber 7 als eine Positionsde tektiereinrichtung zum Detektieren der Position (des Drehwinkels) des Rotors ist in dem bürstenlose Motor 1 und dergleichen vorgesehen.

Das Steuerschaltungsteil 4 weist eine FET Verknüpfungsschaltung 8 und fünf Sätze von FET1 bis FET10 als eine Treibereinrichtung zum Anlegen eines elektrischen Stroms oder zum Anlegen von keinem elektrischen Strom an die jeweilige Phasenspule des bürstenlosen Motors 1 und zum Drehantreiben des bürstenlosen Motors 1 in eine vorbestimmte Richtung auf. Auch ist eine Motor positionsdetektierschaltung 10 vorgesehen, in die ein Detektionssignal von dem Drehwinkelgeber 7 eingegeben wird. Ferner ist eine Steuerschaltung 9 und dergleichen vorgesehen. Die Steuerschaltung 9 hat die Funktion einer Er mittlungseinrichtung für die Größe des Voreilwinkels zum Ermitteln einer Vor eilwinkelgröße nach Maßgabe der durch den Drehmomentsensor detektierten Belastung. Ferner ist eine Umdrehungsanzahl-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Umdrehungsanzahl bzw. Drehzahl des bürstenlosen Motors 1 auf der Basis des Detektionssignals für einen Drehwinkel des Rotors in der Rotorposition-Detektierschaltung 10 vorgesehen. Eine Voreilwinkelgrößen- Korrektureinrichtung ist zum Korrigieren der Voreilwinkelgröße, ermittelt durch die Ermittlungseinrichtung für die Größe des Voreilwinkels nach Maßgabe der Drehzahl, vorgesehen, welche mit Hilfe der Drehzahl-Ermittlungseinrichtung ermittelt wird. Auch umfaßt das Steuerteil eine Steuereinrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals entsprechend der Größe des Voreilwinkels, korrigiert durch die Voreilwinkelgrößen-Korrektureinrichtung, welche die FET- Verknüpfungsschaltung 8 auf der Basis des Steuersignals steuert, und auch das Anlegen oder das Nichtanlegen zeitlich mit einem elektrischen Strom an die jeweilige Phasenspule derart steuert und umschaltet, daß man eine vorbestimmte Antriebsbetriebsart bei einer Kommutationszeit der Steuerung entsprechend einer vorbestimmten Voreilwinkelgröße erhält.

Entsprechend den Verknüpfungen der fünf Sätze von FET1 bis FET10 sind mit der FET-Verknüpfungsschaltung 8 verbunden, und die fünf Sätze von FET1 bis FET10 werden auf der Basis der Antriebsbetriebsart und eines FET- Schaltsignals EIN oder AUS gesteuert. Der Drainanschluß des FET1 ist mit einer Versorgungsspannungsquelle verbunden. Der Source-Anschluß ist mit dem Drain des FET2 verbunden, und die Quelle des FET2 ist mit Masse über eine elektrische Stromdetektierschaltung 11 und mit einer a-Phasenspule des bürstenlosen Motors 1 über einen Verbindungsknoten zwischen dem FET1 und dem Drainanschluß des FET2 verbunden. Auf dieselbe Weise sind auch die FET3 und die FET4, die FET5 und FET6, die FET7 und die FET8 und die FET9 und die FET10 entsprechend zwischen der Versorgungsspannung und der Massespannung geschaltet, und mit der b-Phasenspule, der c-Phasen spule, der d-Phasenspule und der e-Phasenspule des bürstenlosen Motors 1 über entsprechende Verbindungsknoten verbunden. Es ist möglich, daß der bürstenlose Motor 1 eine Drehbewegung in Uhrzeigerrichtung oder in Gegenuhrzeigerrichtung durch die Steuerung dieser fünf Sätze von FET1 bis FET10 mit einer EIN- oder AUS-Steuerung ausführen kann, und daß man den durch die jeweilige Phasenspule zum Kommutationszeitpunkt fließende elek trischen Strom steuern kann.

Nunmehr soll die Arbeitsweise der ersten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung unter Bezugnahme auf die Arbeitsweise des Steuerschaltungs teils 4 im bürstenlose Motor 1 unter Bezugnahme auf Fig. 3 näher erläutert werden. Der Verfahrensablauf in dem Steuerschaltungsteil 4 erfolgt auf der Basis einer Software mit einem vorbestimmten Algorithmus (welche die Funktionen der Ermittlungseinrichtungen für die Größe des Voreilwinkels, der Ermittlungseinrichtung für die Umdrehungsanzahl bzw. die Drehzahl, die Korrektureinrichtung für die Größe des Voreilwinkels und der gleichen umfaßt), und hierzu weist die Steuerschaltung eine CPU auf.

Um das Betreiben und das Steuern des bürstenlosen Motors 1 aufzunehmen, erfolgt zuerst eine Anfangseinstellung (S1), und ein Lenkmoment wird mittels des Drehmomentsensors 6 detektiert (S2). Anschließend wird das Detektions signal nach Maßgabe des Algorithmus in der Steuerschaltung 9 bearbeitet, und es wird ein elektrischer Stromausgang nach Maßgabe des detektieren Drehmoments ermittelt (S3). Dann wird in der Steuerschaltung 9 eine Voreilwinkelgröße als Vorgabe für den Voreilwinkel des Rotors nach Maßgabe der Belastung auf der Basis des ermittelten abgegebenen elektrischen Stroms ermittelt (S4).

Anschließend wird der Drehwinkel des Rotors durch den Drehwinkelgeber 7 detektiert, welcher mit dem bürstenlose Motor 1 verbunden ist (S5). Ferner wird der Steuerschaltung 9 das Detektionssignal für den Drehwinkel nach Maßgabe des Algorithmus verarbeitet, und es wird die Drehzahl bzw. die Umdrehungsanzahl ermittelt (S6). Die Ermittlung der Umdrehungsanzahl bzw. der Drehzahl kann man aus einer Schaltzeit des Winkelsignals des Winkelge bers 7 ermitteln.

Anschließend wird dann in der Steuerschaltung 9 die Größe des Voreilwinkels auf eine optimale Voreilwinkelgröße als Vorgabe für den Rotor nach Maßgabe der ermittelten Drehzahl korrigiert (S7). Dann erfolgt ein Startvorgang für den bürstenlosen Motor 1 auf der Basis eines Steuersignals nach Maßgabe der korrigierten Voreilwinkelgröße und eines absoluten Winkelsignals des Drehwinkelgebers 7 (S8). Nach dem Starten erfolgt die Verarbeitung ausge hend von S2 mit einer vorbestimmten zeitlichen Abfolge und mehrmals.

Folglich können die FET1 bis FET10 über die FET-Verknüpfungsschaltung 8 kommutiert (umschaltet) und gesteuert werden, und es kann zeitlich das Anlegen eines elektrischen Stromes oder das Anlegen von keinem elektri schen Strom an die jeweilige Phasenspule des bürstenlosen Motors 1 über eine Kommutationsschaltung gesteuert werden, entsprechend der optimalen Voreilwinkelgröße, welche man durch die Korrektur der Voreilwinkelgröße nach Maßgabe der Belastung unter Berücksichtigung der Drehzahl erhalten hat.

Wenn der bürstenlose Motor 1 beispielsweise fünf Phasenspulen hat, ist eine normale Kommutationszeit 0°, 36°, 72°, 108° und dergleichen. Wenn jedoch bei der bevorzugten Ausführungsform beispielsweise der Voreilwinkel auf 5° vorgegeben wird, dann wird die Kommutationszeit 355°, 31°, 67°, 103° und dergleichen. Folglich kann zu dem Zeitpunkt, wenn der Drehwinkel des Rotors, den man durch den Drehwinkelgeber 7 erhält, mit dem vorangehenden Kommutationswinkel übereinstimmt, die Steuerschaltung 9 eine Kommutation . und Steuerung zur Schaltung der FET1 bis FET10 vornehmen.

Bei der Kommutationssteuerung gemäß der voranstehend beschriebenen ersten bevorzugten Ausführungsform wird der Voreilwinkel auf der Basis des elektrischen Stromwertes nach Maßgabe der Belastung ermittelt, und die Korrektur des Voreilwinkels wird relativ zu dem ermittelten Wert auf der Basis der Drehzahl vorgenommen. Somit ist es möglich, daß man die Erzeugung einer Drehmomentwelligkeit und das Auftreten von Geräuschen dadurch vermeiden kann, daß man die Voreilwinkelgröße vergrößert, wenn der elektrische Laststrom groß ist, und indem eine Korrektur dahingehend erfolgt, daß die Voreilwinkelgröße größer wird, wenn die Umdrehungsanzahl bzw. die Drehzahl größer wird. Folglich ist es möglich, daß man die Zeit bei einer niederen Drehzahl entsprechend berücksichtigten kann, und daß man das Auftreten von Geräuschen bei hohen Drehzahlen verhindern kann. Da jedoch der Voreilwinkel bei größer werdender Drehzahl zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades eines Motors führt, wird der Wirkungsgrad des bürstenlosen Motors nicht in nennenswerter Weise reduziert.

Beispielsweise ist der Zusammenhang zwischen dem Drehmoment und dem Voreilwinkel und der Schwankungsrate des Versorgungsstromes in Fig. 4 verdeutlicht. Eine durchgezogene Linie zeigt die Drehmomentkennlinie und eine gebrochene Linie (mit der Drehzahl N₁) und eine gebrochene Linie (mit der Drehzahl N₂) zeigen jeweils die Charakteristika der Schwankungsrate des Versorgungsstroms. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, kann man eine solche Einstellung vornehmen, daß der Schwankungsrate des Versorgungsstroms eine Bedeutung beigemessen wird, indem der Voreilwinkel in Bewegungs richtung bezüglich einer Voreilwinkelgröße verschoben wird, um das Drehmo ment zu dem Zeitpunkt zu berücksichtigen, wenn das Drehmoment den Spitzenwert annimmt. Wenn bezüglich der Drehzahl in dem Fall, daß die Drehzahl hoch ist (N₁) die Schwankungsrate des Versorgungsstroms groß ist, und wenn die Voreilwinkelgröße klein ist, so wird die Schwankungsrate sowie der Voreilwinkel klein gemacht. Wenn jedoch die Drehzahl niedrig ist (N₂), wobei der Versorgungsstrom zu Beginn schnell fließt, ist die Schwankungsrate des Versorgungsstroms nicht groß. Dies bedeutet, daß im vorgegebenen Voreilwinkelbereich eine Bedeutung im Zusammenhang mit der Schwan kungsrate der Stromversorgung beigemessen wird, und es ist möglich, die Erzeugung einer Drehmomentwelligkeit und das Auftreten von Geräuschen zu verhindern, indem die Voreilwinkelgröße klein gemacht wird, wenn die Drehzahl hoch ist, und die Voreilwinkelgröße groß gemacht wird, wenn die Drehzahl niedrig ist, und zwar immer bezogen auf einen zulässigen Wert (MAX).

Im Vergleich zu dem Fall des Ausführens einer Kommutation und einer Steuerung nach Maßgabe der Positionsinformation des Rotors nach Fig. 7 ist dort beispielsweise eine Wellenform eines Versorgungsstromes nach Fig. 5 beispielsweise derart gezeigt, daß diese flach ist, und daher ist es möglich, die Schwankung des Versorgungsstroms (elektrische effektive Stromwelligkeit) klein zu machen. Da die effektive elektrische Stromwelligkeit gemäß der voranstehenden Beschreibung klein gemacht wird, werden von dem bürsten lose Motor 1 keine Geräusche erzeugt, und somit wird dem Fahrer kein Gefühl von einem mangelnden Komfort vermittelt.

Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform ist der Drehmomentsensor 6 zum Detektieren des Drehmoments, der Drehwinkelgeber 7 zum Detektieren des Drehwinkels des Rotors und die Steuerschaltung 9 vorgesehen, welche die Voreilwinkelgröße nach Maßgabe des Detektionssignals ermittelt, welches durch den Drehmomentsensor 6 bereitgestellt wird, die Drehzahl auf der Basis des Detektionssignales durch den Drehwinkelgeber 7 ermittelt, die ermittelte Voreilwinkelgröße nach Maßgabe der Drehzahl korrigiert, und das Steuersig nal nach Maßgabe der korrigierten Voreilwinkelgröße erzeugt. Somit kann die erste bevorzugte Ausführungsform den bürstenlose Motor 1 mit einem optimalen Voreilwinkel betreiben, den man dadurch erhält, daß die Voreilwin kelgröße nach Maßgabe der Belastungen unter Berücksichtigung der Drehzahl korrigiert, und die Drehmomentwelligkeit zum Zeitpunkt der niedrigen Drehzahl reduziert, und die effektive elektrische Stromwelligkeit zum Zeitpunkt einer hohen Drehzahl reduziert. Auf diese Art und Weise läßt sich das Spiel mit dem Lenkrad verhindern, und es lassen sich Geräusche beim Lenken verhindern.

Es braucht nicht erwähnt zu werden, daß die Erfindung nicht auf die voranste hend beschriebene bevorzugte Ausführungsform beschränkt ist, und es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Bei der motorbetriebene Servolenkvorrichtung nach der Erfindung ist es möglich, die Drehmomentwelligkeit an einem Betriebszeitpunkt mit niedriger mäßiger Drehzahl zu reduzieren, und die effektive Stromwelligkeit zum Zeitpunkt des Betriebs mit einer hohen Drehzahl zu reduzieren, indem man den Voreilwinkel nach Maßgabe der Kommutationsschaltung des bürstenlosen Motors steuert. Hierdurch läßt sich das Spiel des Lenkrads verhindern und es lassen sich Geräusche zum Zeitpunkt der Lenkung verhindern.

Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm eines Steuerungsablaufes eines Steuerungs teils bei einer motorbetriebene Servolenkvorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung.

Die motorbetriebene Servolenkvorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung hat eine ähnliche Auslegung wie die erste und zuvor beschriebene, bevorzugte Ausführungsform (siehe Fig. 1 und 2). Es ist jedoch eine Steuerschaltung vorgesehen, deren Funktion sich von der Funktion der Steuerschaltung unterscheidet, welche den Steuer schaltungsteil in Fig. 2 bildet.

Bei der motorbetriebene Servolenkvorrichtung gemäß der zweiten bevorzug ten Ausführungsform weist ein Steuerschaltungsteil 4 eine FET-Verknüp fungsschaltung 8 und fünf Sätze von FET1 bis FET10 als eine Treibereinrich tung zum Anlegen eines elektrischen Stroms oder zum Anlegen von keinem elektrischen Strom an die jeweilige Phasenspule des bürstenlosen Motors 1 auf. Der bürstenlose Motor 1 ist derart ausgelegt, daß er eine Drehbewegung in eine vorbestimmte Richtung ausführen kann. Ferner umfaßt das Steuerteil eine Rotorpositionsdetektierschaltung 10, an die das Detektionssignal von dem Winkelgeber 7 angelegt wird. Auch ist eine Steuerschaltung 9 und dergleichen vorgesehen. Die Steuerschaltung 9 hat eine Funktion einer Drehzahl-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Drehzahl des bürstenlosen Motors 1 auf der Basis des Detektionssignals für den Drehwinkel des Rotors. Ferner hat sie die Funktion einer Voreilwinkelgrößen-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Voreilweinkelgröße nach Maßgabe der Drehzahl. Auch umfaßt sie eine Steuereinrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals nach Maßgabe der Voreilwinkelgröße, zur Steuerung der FET-Verknüpfungsschal tung 8 auf der Basis des Steuersignals und zum Steuern des Zeitpunkts des Anlegens und des Nichtanlegens eines elektrischen Stroms an die jeweilige Phasenspule in einer solchen Weise, daß man eine bestimmte Betriebsart bei einer entsprechenden Kommutatorsteuerung nach Maßgabe eines vorbe stimmten Voreilwinkels hat.

Nachstehend wird die Arbeitsweise dieser zweiten bevorzugten Ausführungs form erläutert. Die Arbeitsweise des Steuerschaltungsteils 4 bei dem bürsten lose Motor 1 wird im Zusammenhang mit Fig. 6 näher beschrieben. In diesem Steuerschaltungsteil 4 wird mittels einer Software auf der Basis eines vorbestimmten Algorithmus der Steuerungsablauf durchgeführt (einschließlich der Funktion der Drehzahl-Ermittlungseinrichtung, der Voreilwinkelgrößen- Ermittlungseinrichtung und dergleichen), wozu das Steuerschaltungsteil 9 eine CPU aufweist.

Zuerst wird zum Antrieb und zur Steuerung des bürstenlosen Motors 1 eine Anfangseinstellung vorgenommen (S11). Dann wird ein Lenkmoment mit Hilfe des Drehmomentsensors 6 detektiert (S12). Anschließend wird das Detekti onssignal nach Maßgabe des Algorithmus in der Steuerschaltung 9 verarbei tet, und es wird ein elektrisches Stromsignal entsprechend dem detektierten Lenkmoment gemäß der vorangehenden Ermittlung abgegeben (S13).

Anschließend wird ein Drehwinkel des Rotors mit Hilfe des Drehwinkelgebers 7 detektiert, welcher mit dem bürstenlose Motor 1 verbunden ist (S14). In der Steuerschaltung 9 wird das Detektionssignal des Drehwinkels nach Maßgabe des Algorithmus verarbeitet und die Umdrehungsanzahl bzw. die Drehzahl wird ermittelt (S15). Die Ermittlung der Drehzahl kann man aus einer Schaltzeit eines Winkelsignals des Drehwinkelgebers (Resolvers) 7 erhalten.

Anschließend wird in der Steuerschaltung 9 eine optimale Voreilwinkelgröße bezüglich des Rotors auf der Basis der ermittelten Drehzahl ermittelt (S16). Während der Anlaufphase des bürstenlosen Motors 1 ist die Basis des Steuersignals nach Maßgabe der ermittelten Voreilwinkelgröße und dem absoluten Winkelsignal des Drehwinkelgebers 7 bestimmt (S17). Nach dem Anlaufen erfolgt die Verarbeitung ausgehend vom Schritt S12 mit einer vorbestimmten zeitlichen Ablaufsteuerung und ständig.

Folglich ist es möglich die FET1 bis FET10 über die FET-Verknüpfungsschal tung 8 zu schalten und zu steuern, und es ist möglich, die Steuerung bezüglich des Anlegen eines elektrischen Stromes oder des Nichtanlegens eines elektrischen Stromes an die jeweilige Phasenspule des bürstenlosen Motors 1 zum Schaltzeitpunkt nach Maßgabe des optimalen Voreilwinkels unter Berücksichtigung der Drehzahl zu steuern.

Bei dem bürstenlose Motor 1 mit fünf Phasenspulen beispielsweise beläuft sich eine übliche Schaltzeit auf 0°, 36°, 72°, 108° und dergleichen. Bei der vorstehenden bevorzugten Ausführungsform jedoch, wenn beispielsweise der Voreilwinkel mit 5° vorgegeben wird, belaufen sich die Schaltzeiten auf 355°, 31°, 67°, 103° und dergleichen. Wenn daher der Drehwinkel des Rotors, erhalten von dem Drehwinkelgeber 7, mit dem vorangehenden Schaltwinkel übereinstimmt, kann die Steuerschaltung 9 eine Umschaltung und Steuerung zum Schalten der FET1 bis FET10 vornehmen.

Nach Maßgabe der Schaltung und Steuerung entsprechend den voranstehen den Ausführungsform wird die Voreilwinkelgröße zusammen mit einer Zunahme der Drehzahl größer gemacht, und somit wird der Wirkungsgrad des bürstenlosen Motors 1 nicht verringert, und Geräuscherscheinungen lassen sich vermeiden. Wenn die Drehzahl niedrig ist, ist der erhaltene Voreilwinkel zu groß, wenn die Voreilwinkelgröße auf einen großen Wert eingestellt ist, und in diesem Bereich werden üblicherweise Geräusche nur in geringem Maße erzeugt. Daher ist es bevorzugt, daß die Voreilwinkelgröße klein gewählt wird. Im Gegensatz zu dem Fall, wenn die Drehzahl groß ist, lassen sich Geräusche durch Vergrößern der Voreilwinkelgröße vermeiden, und der Wirkungsgrad des bürstenlosen Motors 1 läßt sich selbst dann nicht reduzieren, wenn die Voreilwinkelgröße größer wird.

Im Vergleich zu einer Schaltung und Steuerung nach Maßgabe der Positi onsinformationen des Rotors nach Fig. 7 erhält man beispielsweise nach dieser bevorzugten Ausführungsform eine Wellenform für den Versorgungs strom, welche entsprechend Fig. 5 flach ist. Die Schwankung des Versor gungsstromes (effektive elektrische Stromwelligkeit) läßt sich auf diese Weise klein machen. Da, wie zuvor angegeben, die effektive elektrische Stromwellig keit klein wird, werden von dem bürstenlose Motor 1 keine Geräusche erzeugt, und somit wird dem Fahrer kein Gefühl eines mangelnden Komforts vermittelt.

Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist der Drehwinkelgeber 7 zum Detektieren des Drehwinkels des Rotors vorgesehen, und die Steuerschaltung 9 zur Ermittlung der Drehzahl auf der Basis des Detektionssignals, welches von dem Drehwinkelgeber 7 erhalten wird. Es wird dann die optimale Voreilwinkelgröße nach Maßgabe dieser Drehzahl ermittelt, und ein Steuersig nal nach Maßgabe dieser Voreilwinkelgröße erzeugt. Somit kann die zweite bevorzugte Ausführungsform den bürstenlosen Motor 1 mit einer optimalen Voreilwinkelgröße nach Maßgabe der Drehzahl betreiben, und hierdurch läßt sich die elektrische effektive Stromwelligkeit reduzieren, und es lassen sich Geräusche reduzieren, die von dem bürstenlosen Motor 1 ausgehen.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die voranstehend beschriebenen Einzelheiten der bevorzugten Ausführungsform beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform einer motorbetriebene Servolenkvor richtung nach der Erfindung kann die effektive elektrische Stromwelligkeit durch einen zu einer Schaltung führenden Winkel mit zeitlicher Steuerung des bürstenlosen Motors nach Maßgabe der Drehzahl reduziert werden, und hierdurch lassen sich Geräusche vermeiden, die ansonsten von dem bürstenlose Motor erzeugt werden könnten.

Claims

1. Motorbetriebene Servolenkvorrichtung, welche folgendes aufweist:
einen bürstenlosen Motor (1) zum Erzeugen einer Lenk hilfskraft;
eine Treibereinrichtung (4, 8) zum Anlegen oder Nichtanlegen eines elektrischen Stroms an eine jeweilige Phasenspule (a, b, c, d, e) des bürstenlosen Motors (1), so daß der bürstenlose Motor (1) sich in eine vorbestimmte Richtung dreht;
eine Belastungsdetektiereinrichtung zum Detektieren einer an dem bürstenlosen Motor (1) anliegenden Belastung;
eine Voreilwinkelgrößen-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Voreilwinkelgröße nach Maßgabe der mittels der Belastung detektiereinrichtung detektierten Belastung;
eine Positionsdetektiereinrichtung (7) zum Detektieren einer Position eines Rotors des bürstenlosen Motors (1);
eine Drehzahlermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Dreh zahl des bürstenlosen Motors (1) auf der Basis eines Detektions signals der Positionsdetektiereinrichtung (7);
eine Voreilwinkelgrößen-Korrektureinrichtung zum Korrigieren der Voreilwinkelgröße, ermittelt durch die Voreilwinkelgrößen-Ermitt lungseinrichtung nach Maßgabe der Drehzahl, ermittelt durch die Drehzahl-Ermittlungseinrichtung (7); und
eine Steuereinrichtung (9) zum Erzeugen eines Steuersignals nach Maßgabe der Voreilwinkelgröße, korrigiert durch die Voreil winkelgrößen-Korrektureinrichtung, zum Steuern der Treibereinrich tung auf der Basis des Steuersignals und zum Steuern der Zeit des Anlegens oder Nichtanlegens des elektrischen Stroms an die jeweilige Phasenspule (a, b, c, d, e) des bürstenlosen Motors (1) zu einem Schaltzeitpunkt (Kommutationszeitpunkt) nach Maßgabe eines vorbestimmten Voreilwinkels.

2. Motorbetriebene Servolenkvorrichtung, welche folgendes aufweist:
einen bürstenlosen Motor (1), welcher eine Hilfslenkkraft erzeugt;
eine Antriebseinrichtung (4) zum Anlegen oder Nichtanlegen eines elektrischen Stroms an die jeweilige Phasenspule (a, b, c, d, e) des bürstenlosen Motors (1), so daß der bürstenlose Motor (1) sich in eine vorbestimmte Richtung dreht;
eine Positionsdetektiereinrichtung (7) zum Detektieren einer Position eines Rotors im bürstenlosen Motor (1);
eine Drehzahlermittlungseinrichtung (6) zum Ermitteln der Drehzahl des bürstenlosen Motors (1) auf der Basis eines Detek tionssignals der Positionsdetektiereinrichtung (7);
eine Voreilwinkelgrößen-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Voreilwinkelgröße nach Maßgabe der Drehzahl, welche durch die Drehzahl-Ermittlungseinrichtung (7) ermittelt worden ist; und
eine Steuereinrichtung (9) zum Erzeugen eines Steuersignals nach Maßgabe der Voreilwinkelgröße, welche durch die Voreilwinkel größen-Ermittlungseinrichtung ermittelt worden ist, zum Steuern der Treibereinrichtung (8) auf der Basis des Steuersignals und zum Steuern des Zeitpunkts des Anlegens oder Nichtanlegens eines elek trischen Stroms an die jeweilige Phasenspule (a, b, c, d, e) des bürstenlosen Motors (1) an einem Schaltzeitpunkt (Kommu tationszeitpunkt) nach Maßgabe eines vorbestimmten Voreilwinkels.