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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkvorrichtung, in der
Motorkraft direkt auf einem Servolenksystem einwirkt, so dass die
Lenkkraft des Fahrers reduziert wird.
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Eine
elektrische Servolenkvorrichtung verwendet die Antriebskraft eines
Motors direkt, um die Lenkkraft des Fahrers zu unterstützen. Zusätzlich zu dem
Motor ist die elektrische Servolenkvorrichtung mit einem Lenkdrehmoment-Erfassungsmittel
ausgestattet, um das auf ein Lenksystem einwirkende Lenkdrehmoment
zu erfassen, einem Steuermittel zum Steuern/Regeln des Motors sowie
einem Motortreibermittel zum Antrieb des Motors. Das Motortreibermittel
ist aus einer Mehrzahl von FETs (Feld-Effekt-Transistor) etc. aufgebaut, die den
Strom von mehreren zehn Ampere leiten, um den Motor anzutreiben,
wobei sie Wärme
erzeugen. Wenn das Steuermittel in der Nähe des Motortreibermittels
angeordnet ist, könnte
die Zuverlässigkeit
des Steuermittels schlechter werden, da eine interne Analogschaltung zur
Formung eines eingegebenen Lenkdrehmomentsignals durch die Wärme beeinflusst
wird.
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Der
Anmelder hat in der JP 4-27743 Y2 eine elektrische Servolenkvorrichtung
in Zahnstangen-und-Ritzel-Bauart offenbart, in der eine Steuerschaltung
(Steuermittel) und ein Drehmomentdetektor quer über die Zahnstangenachse von
einer Treiberschaltung (Motortreibermittel) entfernt angeordnet waren.
Die Steuerschaltung vermeidet somit den Wärmeeinfluss der Treiberschaltung.
Jedoch verwendet diese Servolenkvorrichtung einen DC-(Gleichstrom)-Bürstenmotor
als Motor, bei dem möglicherweise
ein Fall auftritt, dass durch Alterung die Bürsten abnutzen. Sobald die
Bürste
abgenutzt ist, kann dies einen zunehmenden Spannungsabfall zwischen
der Bürste
und dem Kollektor oder eine Unstabilität des elektrischen Motorstroms
zur Folge haben. Wegen des Motorleistungsabfalls oder der Unstabilität des elektrischen
Motorstroms könnte
das Lenkgefühl
des Fahrers schlechter werden. Ferner ist sein Trägheitsmoment
groß,
da der Bürstenmotor einen
Rotor aufweist, der einen Stahlkern mit einer Wicklung enthält. Das
große
Trägheitsmoment
führt dazu,
dass die Handhabung des Lenkrads zum genauen Lenken schwierig wird,
da das Trägheitsmoment
auf das Lenkrad einwirkt. Dies könnte
zu einem Problem führen,
wie etwa der Schwierigkeit beim genauen Lenken eines Lenkrads auf
einer Autobahn, einem hakeligen Gefühl während des Rücklenkens oder einer Verschlechterung
des Lenkgefühls.
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Es
wurde eine elektrische Servolenkvorrichtung vorgeschlagen, die einen
bürstenlosen
Motor verwendet. Ein bürstenloser
Motor hat eine Dreiphasenwicklung als Außenstator und eine Mehrzahl
von Permanentmagneten als Innenrotor. Die Dreiphasenwicklung wird
entsprechend dem Drehwinkel des Innenrotors ein-aus-gesteuert, um
hierdurch den Innenrotor drehend anzutreiben. Ein bürstenloser
Motor ist frei von einer Verschlechterung des Lenkgefühls durch
die oben erwähnte
Abnutzung der Bürste, da
er keine Bürsten
braucht. Auch ist ein bürstenloser Motor
immun gegen eine Verschlechterung des Lenkgefühls durch das zuvor erwähnte große Trägheitsmoment,
da die Magneten für
den Innenrotor des bürstenlosen
Motors verwendet werden können, um
das Trägheitsmoment
zu reduzieren.
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Die
herkömmliche
Steuereinheit einer elektrischen Servolenkvorrichtung mit einem
bürstenlosen
Motor wird in Bezug auf 6 beschrieben.
Eine Steuereinheit 100 gibt ein Motorsteuersignal VO an eine
Motortreiberschaltung 101 aus, um die sechs FETs mit PWM
(Impuls-Weiten-Modulation) zu betreiben oder auszuschalten, welche
FETs die Motortreiberschaltung 101 bilden, die einen bürstenlosen
Motor antreibt. Die Steuereinheit 100 setzt ein Sollstromsignal
entsprechend einem Lenkdrehmomentsignal T eines Lenkdrehmomentsensors
TS und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors
VS in einer Sollstromsetz-Untereinheit 100a und auch ein
Kompensationsstromsignal zur Trägheitssteuerung
und Dämpfungssteuerung
mit dem Lenkmomentsignal T und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
V in einer Kompensationsstromsetz-Untereinheit 100b. Ferner
führt die Steuereinheit 100 eine
Addition oder Subtraktion des Kompensationsstromsignals an dem Sollstromsignal in
einem Kompensator 100c aus. Die Steuereinheit 100 erzeugt
das Motorsteuersignal VO entsprechend dem Sollstromsignal, das in
einer Treibersteuer-Untereinheit 100d kompensiert
ist, einem Motorstromsignal IMO, das von einem Motorstrom-Detektormittel 103 erfasst
ist, sowie einem Motordrehsignal PMO, das von einem Motordrehungs-Erfassungsmittel 104 erfasst
ist. In der Motortreiberschaltung 101 starten dann die
FETs den PMW-Antrieb
entsprechend dem Motorsteuersignal VO und legen eine Spannung VM an
die Dreiphasenwicklung des bürstenlosen
Motors 102 an. In diesem Zusammenhang erzeugt die Motortreiberschaltung 101 Wärme, da
die FETs mehrere zehn Ampere leiten. Wenn der bürstenlose Motor 102 verwendet
wird, wird daher die Steuereinheit 100 von der Motortreiberschaltung 101 entfernt
angeordnet, um ein Schlechterwerden der Zuverlässigkeit durch Wärme zu verhindern,
wie in der JP 4-27743
Y2 offenbart.
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In
der elektrischen Servolenkvorrichtung nach der JP 4-27743 Y2 ist
der Signalfluss (oder der Versorgungsstromfluss), der mit dem Motordrehsignal
PMO startet, wie folgt: Motordrehungs-Erfassungsmittel 104 → Steuereinheit 100 → Motortreiberschaltung 101 bürstenloser
Motor 102, was zu einem langen Übertragungsweg führt. Insbesondere
sind die Steuereinheit 100 und die Motortreiberschaltung 101 voneinander
entfernt angeordnet, um den Wärmeeinfluss
zu vermeiden, und der Übertragungsweg zwischen
diesen ist hierfür
länger.
Somit benötigt
das Signal, das mit dem Motordrehsignal PMO startet, Zeit, um durch
den Übertragungsweg
zu laufen, was zu einer Phasenverzögerung führt. Der bürstenlose Motor 102 benötigt eine
präzise
Ein-Aus-Steuerung zu seinem Antrieb entsprechend dem Drehwinkel des
Innenrotors. In der oben erwähnten
Anordnung der elektrischen Servolenkvorrichtung beinhaltet jedoch
das Signal, das mit dem Motordrehsignal PMO startet, eine Phasenverzögerung.
Somit könnte
der bürstenlose
Motor 102 möglicherweise
nicht präzise gesteuert
werden, da er durch die Drehphase des Innenrotors gesteuert wird,
die eine Phasenverzögerung
enthält.
Im Ergebnis oszilliert die Leistung des bürstenlosen Motors 102 oder
zeigt Unstabilität,
was gegebenenfalls zu einem Pendeln des Lenkrads oder einer Verschlechterung
des Lenkgefühls
führen könnte.
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Aus
der
DE 195 23 822
C2 ist eine elektrische Servolenkvorrichtung nach dem Oberbegriff
von Anspruch 1 bekannt. Dort sind alle elektrischen Teile in einem
Steuerkasten untergebracht.
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Aus
der
DE 693 12 871
T2 ist es bekannt, einen bürstenlosen Motor mit einem
Drehungserfassungsmittel zu versehen und ein Motorsteuersignal auf
der Basis des Sollstromsignals, des Motorstromsignals und des Motordrehsignals
von einem Treibersteuermittel auszugeben.
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Aus
der
DE 195 44 755
A1 ist es bekannt, alle elektrischen Komponenten einer
elektrischen Servolenkvorrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse am Lenkgetriebegehäuse anzubringen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine elektrische Servolenkvorrichtung
anzugeben, die in der Lage ist, einen bürstenlosen Motor präzise zu steuern/zu
regeln und ein ausgezeichnetes Lenkgefühl zu geben, sowie die Zuverlässigkeit
des Steuermittels beizubehalten.
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Zur
Lösung
der obigen Aufgabe wird eine elektrische Servolenkvorrichtung gemäß Anspruch
1 vorgeschlagen.
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Die
erfindungsgemäße elektrische
Servolenkvorrichtung ermöglicht
es, dass das Steuermittel den Sollstrom ohne Wärmeeinfluss erzeugt, da das Steuermittel,
das Teile enthält,
die frei von Wärmebeeinflussung
sein sollten, wie etwa die Analogschaltung zur Formung des Lenkdrehmomentsignals,
das von dem Lenkdrehmoment-Erfassungsmittel geschickt wird, von
dem Treibermittel, das das wärmeerzeugende
Motortreibermittel enthält,
entfernt angeordnet ist. Wenn in dieser elektrischen Servolenkvorrichtung
das Motordrehsignal in das Treibermittel gelangt, ist der mit dem
Motordrehsignal startende Signalfluss wie folgt: Motordrehungs-Erfassungsmittel ⎕ Treibermittel ⎕ Motor,
was zu einem kurzen Übertragungsweg
führt.
Somit gestattet die elektrische Servolenkvorrichtung eine präzise Steuerung/Regelung
des Motors (bürstenlosen
Motors) ohne Phasenverzögerung
im Signal, das mit dem Motordrehsignal startet.
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Diese
elektrische Servolenkvorrichtung ermöglicht eine kurze Verdrahtungsleitung,
die das Motortreibermittel mit dem Motor elektrisch verbindet, da
das Treibermittel nahe dem Motor angeordnet ist. Daher kann ein
komfortables Lenkgefühl
erreicht werden, indem der Spannungsabfall des Leitungsdrahts sowie
der Leistungsabfall des Motors, während der Motor eingeschaltet
ist, beseitigt wird. Je kürzer
der Leitungsdraht ist, desto besser wird es sein, wenn das Treibermittel
nahe dem Motor angeordnet ist. Jedoch könnte es akzeptabel sein, wenn das
Treibermittel und der Motor nahe genug beeinander angeordnet sind,
so dass der Effekt des Spannungsabfalls auf den Leitungsdraht vernachlässigbar ist,
unter Berücksichtigung
der Größe, der
Form sowie der Form des Montageorts des Treibermittels und des Motors.
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Nachfolgend
wird eine Ausführung
der erfindungsgemäßen elektrischen
Servolenkvorrichtung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine schematische Ansicht der elektrischen Servolenkvorrichtung
der Ausführung;
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2 ist
eine Vorderansicht der Gesamtstruktur der elektrischen Servolenkvorrichtung
der Ausführung;
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3 ist
eine Querschnittsansicht entlang Linie III-III in 2;
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4 ist
eine Querschnittsdraufsicht entlang Linie IV-IV in 2;
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5 ist
ein Blockdiagramm, das die Steuereinheit und die Treibereinheit
der Ausführung
zeigt; und
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6 ist
ein Blockdiagramm, das die Steuereinheit der (herkömmlichen)
elektrischen Servolenkvorrichtung mit einem bürstenlosen Motor zeigt.
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Hier
verwendet die elektrische Servolenkvorrichtung einen bürstenlosen
Motor, um hierdurch eine Verschlechterung des Lenkgefühls durch
Abnutzung der Bürste
und das große
Trägheitsmoment
eines Gleichstrombürstenmotors
zu vermeiden. Diese elektrische Servolenkvorrichtung ermöglicht es
sowohl, zu verhindern, dass das Lenkgefühl durch Wärmeeinfluss schlechter wird,
als auch die Phasenverzögerung
in dem Signal zu verhindern, das mit dem Motordrehsignal startet,
indem das Steuermittel (das Sollstromsetzmittel) von dem Treibermittel
(dem Treibersteuermittel und dem Motortreibermittel) entfernt angeordnet
wird. Ferner mindert diese elektrische Servolenkvorrichtung den
Spannungsabfall des Leitungsdrahts so weit wie möglich, indem das Treibermittel
nahe dem Motor angeordnet wird.
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In
der elektrischen Servolenkvorrichtung dieser Ausführung sind
die Steuereinheit zum Setzen des Sollstroms, der dem bürstenlosen
Motor zugeführt
werden soll, sowie die Treibereinheit zum Antrieb des bürstenlosen
Motors entsprechend dem Sollstrom voneinander entfernt angeordnet,
und sie sind durch einen Kabelbaum miteinander verbunden. Die Steuereinheit,
die längs
einer Ritzelachse angeordnet ist, enthält eine Analogschaltung zur
Formung eines Lenkdrehmomentsignals, das von einem Lenkdrehmomentsensor
(einem Lenkdrehmoment-Erfassungsmittel) geschickt ist, einem Ein-Chip-Mikrocomputer zur
Durchführung
verschiedener Berechnungen sowie Speicher zum Speichern verschiedener Kennfelder,
die zum Setzen eines Sollstroms und eines Kompensationsstroms vorgesehen
sind. Andererseits enthält
die Treibereinheit einen Ein-Chip-Mikrocomputer zur Durchführung verschiedener
Berechnungen sowie eine Motortreiberschaltung, die aus einer Brückenschaltung
von 6 FETs aufgebaut ist, und ist nahe einem bürstenlosen Motor angeordnet.
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Die
Gesamtstruktur der elektrischen Servolenkvorrichtung wird anhand
von 1 beschrieben. 1 zeigt
ein Konzept der elektrischen Servolenkvorrichtung.
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Eine
elektrische Servolenkvorrichtung 1 ist mit einem Lenksystem
S ausgestattet, das von einem Lenkrad 3 zu gelenkten Rädern W,
W reicht, und unterstützt
die Lenkkraft eines manuellen Lenkkraft-Erzeugungsmittels 2.
In der elektrischen Servolenkvorrichtung 1 erzeugt eine
Treibereinheit 5 eine Motorspannung VM entsprechend einem
Nach-Kompensations-Sollstromsignal IMS' einer Steuereinheit 4 und
reduziert die manuelle Lenkkraft des manuellen Lenkkraft-Erzeugungsmittels 2 durch
Antrieb eines bürstenlosen
Motors 6 zum Erzeugen eines Hilfsdrehmoments (Hilfslenkkraft)
mit der Motorspannung VM.
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In
der vorliegenden Ausführung
bildet die Steuereinheit 4 das Steuermittel, bildet die
Treibereinheit 5 das Treibermittel und bildet der bürstenlose Motor 6 den
Motor gemäß den beigefügten Ansprüchen.
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In
dem manuellen Lenkkraft-Erzeugungsmittel 2 ist eine Ritzelachse 7a eines
Zahnstangen-&-Ritzel-Mechanismus 7 durch
eine Verbindungsachse 2b mit einer Lenkachse 2a verbunden, die
mit dem Lenkrad 3 integriert ist. Die Verbindungsachse
ist an ihren beiden Enden mit Universalgelenken 2c, 2d ausgestattet.
Der Zahnstangen-&-Ritzel-Mechanismus 7 ist
so angeordnet, dass eine Zahnstange 7d zum Eingriff mit
einem Ritzel 7b am Ende der Ritzelachse 7a an
einer Zahnstangenachse 7c vorgesehen ist und durch den
Eingriff des Ritzels 7b und der Zahnstange 7d die
Drehbewegung der Ritzelachse 7a in eine seitliche Hin-
und Herbewegung (in Richtung der Fahrzeugbreite) umwandelt. Ferner
sind die rechten und linken Vorderräder W, W als gelenkte Räder mit
beiden Enden der Zahnstangenachse 7c durch Kugelgelenke 8, 8 und
Spurstangen 9, 9 verbunden.
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Die
elektrische Servolenkvorrichtung 10 weist den bürstenlosen
Motor 6 auf, um ein Hilfsdrehmoment zu erzeugen. Der bürstenlose
Motor 6 addiert das Hilfsdrehmoment zu der Ritzelachse 7a durch
einen Drehmomentbegrenzer 10 sowie ein Untersetzungsgetriebe.
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Die
elektrische Servolenkvorrichtung 1 überträgt das Lenkdrehmoment, das
vom Fahrer auf das Lenkrad 3 ausgeübt wird, auf die Ritzelachse 7a sowie
das von dem bürstenlosen
Motor 6 erzeugte Hilfsdrehmoment auf die Ritzelachse 7a in
Abhängigkeit
vom Lenkdrehmoment, um hierdurch die gelenkten Räder W, W mit dem Zahnstangen-&-Ritzel-Mechanismus 7 zu
lenken.
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Signale
V und T, die jeweils von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor VS
und einem Lenkdrehmomentsensor TS erfasst werden, werden in die Steuereinheit 4 eingegeben.
Die Steuereinheit 4 berechnet das Nach-Kom pensations-Sollstromsignal IMS' auf der Basis der
erfassten Signale V und T, das der dem bürstenlosen Motor 6 zuzuführende Sollstrom
ist, und schickt das Nach-Kompensations-Sollstromsignal IMS' zur Treibereinheit 5.
Die Steuereinheit 4 ist durch einen Kabelbaum WH (siehe 2) mit
der Treibereinheit 5 elektrisch verbunden.
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In
dieser Ausführung
bildet der Lenkdrehmomentsensor TS das Lenkdrehmoment-Erfassungsmittel,
und der Kabelbaum WH bildet die Kommunikationsleitung gemäß den beigefügten Ansprüchen.
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Signale
IMO und PMO, die jeweils von einem Motorstrom-Erfassungsmittel 12 und
einem Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 erfasst sind, werden
in die Treibereinheit 5 eingegeben. Die Treibereinheit 5 erzeugt
ein Motorsteuersignal VO mit einer Treibersteuer-Untereinheit 50 entsprechend
diesen erfassten Signalen IMO und PMO und legt eine Motorspannung
VM an den bürstenlosen
Motor 6 mit einer Motortreiberschaltung 51 entsprechend
dem Motorsteuersignal VO an (siehe 5). Die
Treibereinheit 5 ist mit einer Batterie BT durch Sicherungen
FS, FS und einen Zündschalter
IG verbunden, sowie direkt damit durch eine Sicherung FS, so dass
sie mit Batteriestrom (12 V) versorgt wird. Die Treibereinheit 5 erzeugt
eine konstante Spannung (5 V), gewandelt aus Batteriespannung (12
V), und versorgt die Steuereinheit 4 mit dieser konstanten
Spannung.
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Der
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor VS erfasst die Fahrzeuggeschwindigkeit
als Anzahl von Impulsen pro Zeit und schickt entsprechend der erfassten
Impulsanzahl ein elektrisches Analogsignal zur Steuereinheit 4 als
das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor VS
kann entweder ein Sensor sein, der der elektrischen Servolenkvorrichtung 1 zugeordnet
ist, oder ein allgemeiner Fahrzeuggeschwindigkeitssensor eines anderen
Systems.
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Der
Lenkdrehmomentsensor TS erfasst die Höhe und Richtung des manuellen
Lenkdrehmoments des Fahres, wobei er den Magnetostriktionseffekt
in Abhängigkeit
vom auf die Ritzelachse 7a wirkenden Drehmoment mit einer
elektrischen Spule elektromagnetisch erfasst. Der Lenkdrehmomentsensor
TS schickt ein elektrisches Analogsignal entsprechend dem erfassten
Lenkdrehmoment zur Steuereinheit 4 als Lenkdrehmomentsignal
T. Dieses Lenkdrehmomentsignal T enthält die Lenkdrehmomentinformation,
die die Höhe
definiert, und die Drehmomentrichtung, die die Richtung definiert.
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Das
Motorstrom-Erfassungsmittel 12 weist Widerstände oder
Hall-Elemente auf, die in Serie mit dem bürstenlosen Motor 6 verbunden
sind, und erfasst einen Motorstrom IM, welcher der Ist-Strom ist, der
in den bürstenlosen
Motor 6 fließt.
Das Motorstrom-Erfassungsmittel 12 koppelt das dem Motorstrom
IM entsprechende Motorstromsignal IMO auf die Treibereinheit 12 zurück (negative
Rückkopplung).
Das Motorstromsignal IMO ist ein Dreiphasen-AC-(Wechselstrom)-Signal,
das einen Motorstromwert enthält,
der die Höhe
des in die Wicklung jeder Phase des bürstenlosen Motors 6 fließenden Ist-Stroms
zeigt, und die Information der Phasenwicklung der Dreiphasenwicklungen
des bürstenlosen
Motors 6, durch die der Motorstrom fließt.
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Das
Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 ist ein Funktionsgeber
zum Erfassen des Motordrehwinkels PM des Innenrotors 6b des
bürstenlosen
Motors 6 und ist am einen Ende des bürstenlosen Motors 6 (siehe 4)
angeordnet. Das Motordrehwinkel-Erfassungsmittel 13 ist
mit einem Schichtkernrotor 13a ausgestattet, der am einen
Ende einer Motorachse 6a befestigt ist, sowie einer Erfassungsvorrichtung (Kombination
einer Erregungsspule und einer Erfassungsspule) 13b zur
magnetischen Erfassung des Drehwinkels des Schichtkernrotors 13a (siehe 4).
Das Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 schickt das dem Motordrehwinkel
PM entsprechende Motordrehsignal PMO zur Treibereinheit 5.
Das Motordrehsignal PMO enthält
Information zur Drehrichtung und Winkel des Innenrotors 6b des
bürstenlosen Motors 6,
das aus zwei Erregungssignalen, zwei Cosinus-Signalen und zwei Sinus-Signalen
zusammengesetzt ist.
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Die
Innenstruktur der elektrischen Servolenkvorrichtung 1 wird
anhand der 2 bis 4 beschrieben. 2 ist
eine Vorderansicht, die die Gesamtstruktur der elektrischen Servolenkvorrichtung
zeigt. 3 ist ein Querschnitt entlang Linie III-III in 2. 4 ist
eine Querschnittsdraufsicht entlang Linie IV-IV.
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Wie
in 2 gezeigt, enthält die elektrische Servolenkvorrichtung 1 die
Zahnstangenachse 7a, die in einem Gehäuse 20 in der axialen
Richtung verschiebbar ist, wobei sich das Gehäuse 20 in Richtung der
Fahrzeugbreite erstreckt. An den aus dem Gehäuse 20 vorstehenden
beiden Enden der Zahnstangenachse 7 sind die Kugelgelenke 8, 8 mit
Schrauben befestigt. Mit den Kugelgelenken 8, 8 sind
die rechten und linken Spurstangen 9, 9 verbunden.
Das Gehäuse 20 trägt Beschläge 20a, 20a,
die zum Anbringen desselben an einem Fahrzeug (nicht gezeigt) dienen.
An beiden Enden der Zahnstangenachse 7c sind Dichtmanschetten 21, 21 vorgesehen,
um die Zahnstangenachse 7a abzudecken.
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Wie
in den 3 und 4 gezeigt, sind der Zahnstangen-&-Ritzel-Mechanismus 7,
der Drehmomentbegrenzer 10 und das Untersetzungsgetriebe 11 in
dem Gehäuse 20 aufgenommen.
Die obere Öffnung
des Gehäuses 20 ist
von einem Deckel 22 verschlossen, der mittels eines Deckelhaltebolzens 22a befestigt
ist. In die Mitte des Deckels 22 ist die Ritzelachse 7a eingesetzt,
und der Lenkdrehmomentsensor TS ist innerhalb davon angebracht.
Am Ende des Deckels 22 ist eine Öldichtung 22b vorgesehen.
Ferner ist an der Außenfläche des
Deckels 22 ein Gehäusekasten 22c angebracht,
in dem die Steuereinheit 4 angeordnet ist.
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Das
Gehäuse 20 trägt das Unterende
und die Mitte der Ritzelachse 7a frei drehbar mittels zwei Lagern 23 und 24.
Zwischen dem Lager 24 und einem Schneckenrad 11c ist
ein Abstandshalter 24a angeordnet. Zwischen dem Lager 24 und
dem Ritzel 7b ist ein Haltering 24b angeordnet.
Das Ritzel 7b ist mit dem unteren Abschnitt der Ritzelachse 7a integriert,
und ein Gewindeabschnitt 7e ist am Unterende der Ritzelachse 7a vorgesehen.
Das Oberende der Ritzelachse 7a steht von dem Deckel 22 vor.
Eine Mutter 7f ist an dem Gewindeabschnitt 7e befestigt, die
eine Verlagerung der Ritzelachse 7a in der axialen Richtung
unterbindet. Am untersten Ende des Gehäuses 20 ist eine Hutmutter 25 angebracht,
die die Mutter 7f abdeckt.
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Seitens
der Zahnstangenachse 7c des Gehäuses 20 ist eine Zahnstangenführung 26 vorgesehen.
Die Zahnstangenführung 26 enthält ein Führungselement 26a,
um die Zahnstangenachse 7c von der entgegengesetzten Seite
der Zahnstange 7b zu berühren, sowie einen Einstellbolzen 26c,
um das Führungselement 26a durch
eine Druckfeder 26b unter Druck zu setzen. In der Zahnstangenführung 26 drückt der
in das Gehäuse 20 eingeschraubte
Einstellbolzen 26c auf das Führungselement 26a über die
Druckfeder 26b, und hierdurch drückt das Führungselement 26a die
Zahnstange 7d zu dem Ritzel 7b hin. Das Führungselement 26a drückt auf
die Zahnstangenachse 7c mit einem Kontaktelement 26d,
das auf der Rückseite
der Zahnstangenachse 7c gleitet. Die Zahnstangenführung 26 ist
an dem Gehäuse 20 durch
eine Kippmutter 26e angebracht.
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Wie
in 4 gezeigt, ist die Seitenöffnung des Gehäuses 20 mit
einem Deckel 27 verschlossen, der mit einem Deckelhaltebolzen 27a befestigt
ist. An dem Deckel 27, gegenüber dem Gehäuse 20, ist ein Motorgehäuse 28 mit
einem Motorgehäusehaltebolzen 27b angebracht.
Das Motorgehäuse 28 besitzt einen
Zylinder mit einer Basis und nimmt den bürstenlosen Motor 6 auf.
Eine Motorachse 6a des bürstenlosen Motors 6 erstreckt
sich innerhalb des Gehäuses 20.
Der Deckel 27 und das Motorgehäuse 28 tragen die
Motorachse 6a frei drehbar mittels Lagern 29 und 30.
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In
dem bürstenlosen
Motor 6 ist der Innenrotor 6b um den Umfang der
Motorachse 6a herum angebracht, ein zweiter Außenstator 6c ist
um den Innenrotor 6b herum angebracht, und ein erster Außenstator 6d ist
um den zweiten Außenstator 6c herum
angebracht. Der erste Außenstator 6d ist
zylindrisch und an der Innenumfangsfläche des Motorgehäuses 28 angebracht.
Der zweite Außenstator 6c besitzt
einen zylindrischen Innenabschnitt 6e, von dem neun Schenkelpole 6f mit
gleichmäßigen Abständen strahlenförmig nach
außen
vorstehen. Die Außenenden
der Schenkelpole 6f passen mit dem ersten Außenstator 6d zusammen.
Der zweite Außenstator 6c ist
ein magnetischer Körper
aus 9-Pol-Umfangsankerwicklungen 6g, worin jeder Schenkelpol 6f mit
der Ankerwicklung 6g umwickelt ist. Jeder Schenkelpol 6f ist
eine Rippe mit einer gegebenen Dicke. Der Innenrotor 6b ist
ein Rotor, der 8 (8 Pole) Umfangs-Permanentmagnete 6h aufweist. Acht
Permanentmagnete 6h sind in der radialen Richtung (Einwärts-Auswärts-Richtung) magnetisiert und
so angeordnet, dass die Nord- und Südpole in der Umfangsrichtung
abwechselnd angeordnet sind. Von den auf die neun Schenkelpole 6f gewickelten Ankerwicklungen 6g sind
in dem bürstenlosen
Motor 6 drei benachbarte Pole in Serie verbunden und einer Phase
zugeordnet, um eine dreiphasige (U-Phase, V-Phase und W-Phase) Wicklung
zu bilden. In diesem Zusammenhang bilden der erste Außenstator 6d und
der zweite Außenstator 6c ein
Außenrotorpaar.
Zwischen dem Innenrotor 6b und dem zweiten Außenstator 6c befindet
sich ein Spalt 6i.
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Das
Motorgehäuse 28 nimmt
das Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 am einen Ende des
bürstenlosen
Motors 6 auf. Das Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 enthält einen
Schichtkernrotor 13a, der an der Motorachse 6a angebracht
ist, und die Erfassungsvorrichtung 13b um den Schichtkernrotor 13a herum.
An dem Motorgehäuse 28 ist
ein Deckel 28a angebracht, um das Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 abzudecken.
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Ein
Gehäuse 28b zur
Aufnahme der Treibereinheit 5 ist an der Außenumfangsfläche des
Motorgehäuses 28 angebracht.
Die Öffnung
des Gehäuses 28b ist
von einem Deckel 28d verschlossen. Die Treibereinheit 5 ist
somit nahe dem bürstenlosen
Motor 6 und dem Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 angebracht.
Eine kleine Öffnung 28e ist
an der Seite der Treibereinheit 5 des Motorgehäuses 28 vorgesehen, damit
die Leitungsdrähte 5a und 5b hindurchtreten können. Der
Leitungsdraht 5a dient zur Versorgung des bürstenlosen
Motors 6 mit dem Strom und ist mit dem Ausgangsanschluss
der Treibereinheit 5 und dem Eingangsanschluss des bürstenlosen
Motors 6 verbunden. Der Leitungsdraht 5b dient
zum Übermitteln
des Motordrehsignals PMO und ist mit dem Ausgangsanschluss des Motordrehungs-Erfassungsmittels 13 und
dem Eingangsanschluss der Treibereinheit 5 verbunden. Die
Treibereinheit 5 ist nahe dem bürstenlosen Motor 6 und
dem Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 angeordnet, um hierdurch
die Leitungsdrähte 5a und 5b zu
verkürzen,
was zu einem viel kürzeren Übertragungsweg
des Signals (oder des zugeführten
Stroms) des Motordrehsignals PMO führt.
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Der
Drehmomentbegrenzer 10 ist innerhalb der Seitenöffnung des
Gehäuses 20 aufgenommen. Der
Drehmomentbegrenzer 10 ist ein Drehmomentbegrenzungsmechanismus,
in dem ein Innenelement 10a in Form eines kegelförmigen Einsatzes,
der mit der Motorachse 6a des bürstenlosen Motors 6 durch eine
Verzahnung verbunden ist, mit einem kegelförmigen (topfartigen) Innenelement
zusammenpasst, der mit einer Schneckenachse 11a des Untersetzergetriebes
durch eine Verzahnung verbunden ist. Eine Tellerfeder 10d,
die durch eine Mutter 10c begrenzt ist, drückt auf
das Innenelement 10a. Ein Haltering 10e begrenzt
die Verlagerung des Außenelements 10b.
In diesem Drehmomentbegrenzer 10 kann die Innenumfangsfläche des
Außenelements 10b mit
der Außenumfangsfläche des
Innenelements 10a mit einer gegebenen Reibkraft in Eingriff
stehen.
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Wenn
ein starkes Drehmoment, das einen gegebenen Wert überschreitet,
auf den Drehmomentbegrenzer 10 einwirkt, kommt es zu einem Schlupf
zwischen der Außenumfangsfläche des
Innenelements 10a und der Innen umfangsfläche des Außenelements 10b.
Dies begrenzt hierdurch das Hilfsdrehmoment, das von dem bürstenlosen
Motor 6 auf das Untersetzungsgetriebe 11 übertragen
wird, was ein Überdrehmoment
beseitigt. Daher verhindert der Drehmomentbegrenzer 10,
dass der bürstenlose Motor 6 ein übermäßiges Drehmoment
erzeugt und überträgt dieses
nicht zur stromabwärtigen
Seite des Drehmomentbegrenzers 10.
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Das
Untersetzungsgetriebe 11 ist in dem Gehäuse 20 aufgenommen.
Das Untersetzungsgetriebe 11 ist ein Drehmomentübertragungsmittel,
um das vom bürstenlosen
Motor 6 erzeugte Hilfsdrehmoment auf die Ritzelachse 7a zu übertragen
und das ein Schneckengetriebe enthält. Das Untersetzungsgetriebe 11 enthält die Schneckenachse 11a,
die mit der Motorachse 6a des bürstenlosen Motors 6 durch
den Drehmomentbegrenzer 10 verbunden ist, die Schnecke 11b,
die an der Schneckenachse 11a vorgesehen ist, und das Schneckenrad 11c,
das mit der Ritzelachse 7a verbunden ist.
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Die
Steigungswinkel der Schnecke 11b und des Schneckenrads 11c sind
ein wenig größer als
der Reibwinkel festgelegt. Hierdurch wird es möglich, dass sich die Motorachse 6a des
bürstenlosen
Motors 6 von dem Lenkdrehmoment der Ritzelachse 7a durch
das Schneckenrad 11c, die Schnecke 11b und die
Schneckenachse 11a in Drehung versetzt wird, wenn der bürstenlose
Motor 6 nicht in Betrieb ist.
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Die
Schneckenachse 11a ist koaxial zur Motorachse 6a angeordnet
und ist mit zwei Lagern 11d und 11e des Gehäuses 20 frei
drehbar gehalten. Das der Motorachse 6a nähere Lager 11d ist
so angebracht, dass es sich in der Achsrichtung nicht verlagern
kann, und das von der Motorachse 6a weiter entfernte Lager 11e ist
so angebracht, dass es sich in der Achsrichtung an dem Gehäuse 20 verlagern kann.
Der Versatz des Lagers 11d wird durch einen Haltering begrenzt.
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Ein
Einstellbolzen 11g drückt
auf die Endfläche
des Außenrings
des Lagers 11e mit einer Tellerfeder 11f zu der
Motorachse 6a hin. Es erfolgt eine Einstellung, um das
Spiel in der Achsrichtung der Schneckenachse 11a zu beseitigen,
indem die Lager 11d und 11e mit dem Einstellbolzen 11g und
der Tellerfeder 11f aus einer dünnen Scheibe unter Druck gesetzt
werden, um hierdurch das Spiel zu beseitigen. Der Einstellbolzen 11g ist
mit einer Sperrmutter 11h einstellbar. Diese stellt den
Versatz in der Achsrichtung der Schnecke 11b und hält den Eingriff
der Schnecke 11b und des Schneckenrads 11c mit
einer geeigneten Reibung, um hierdurch das Spiel zu beseitigen.
Zusätzlich
kann eine thermische Ausdehnung in der Achsrichtung der Schneckenachse 11a durch
die Elastizität
der Tellerfeder 11f aufgenommen werden.
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Die
Struktur der Steuereinheit 4 wird in Bezug auf 5 beschrieben. 5 ist
ein Blockdiagramm, das die Steureinheit und die Treibereinheit zeigt.
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Die
Steuereinheit 4 ist an der Außenumfangsfläche des
Deckels 22 längs
der Ritzelachse 7a angeordnet und von der Treibereinheit 5 entfernt
(siehe 3). Die Steuereinheit 4 ist mit der Treibereinheit 5 durch
den Kabelbaum WH elektrisch verbunden, durch den die Eingabe/Ausgabe
verschiedener Signale erfolgt und die konstante Versorgungsspannung
zugeführt
wird (siehe 2). Die Steuereinheit 4 enthält einen
Ein-Chip-Mikrocomputer, Eingabeschaltungen verschiedener Sensoren,
Ausgabeschaltungen verschiedener Signale sowie Speicher, wie etwa
ein ROM, zum Speichern verschiedener Kennfelder. Obwohl die Steuereinheit 4 mit
Analogschaltungen ausgestaltet ist, um das Lenkdrehmomentsignal
T zu formen, und deren Zuverlässigkeit durch
den Einfluss von Wärme
beeinträchtigt
werden kann, wird die Steuereinheit 4 nicht nachteilig
beeinflusst, da sie von der Treibereinheit 5 entfernt angeordnet
ist, die die wärmeerzeugende
Motortreiberschaltung 51 enthält.
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Die
Steuereinheit 4 bestimmt den dem bürstenlosen Motor 6 zuzuführenden
Sollmotorstrom entsprechend den verschiedenen erfassten Signalen des
Fahrzeugs. Die Steuereinheit 4 enthält eine Sollstromsetz-Untereinheit 40,
eine Kompensationsstromsetz-Untereinheit 41 und einen Kompensator 42.
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In
dieser Ausführung
bildet die Sollstromsetz-Untereinheit 40 das Sollstromsetzmittel
gemäß den beigefügten Ansprüchen.
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Die
Sollstromsetz-Untereinheit 40 erhält das Lenkdrehmomentsignal
T des Lenkdrehmomentsensors TS und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
V des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors VS und schickt das Sollstromsignal
IMS zu dem Kompensator 42. Die Sollstromsetz-Untereinheit 40 liest
das entsprechende Sollstromsignal IMS mit dem Lenkdrehmomentsignal
T und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V als Adressen aus, die
durch die eingebauten Analogschaltungen geformt sind, unter Verwendung
des Kennfelds, das das Lenkdrehmomentsignal T und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
V mit dem Sollstromsignal IMS korreliert, das auf der Basis experimenteller
oder konstruktiver Werte vorab aufgestellt ist. Das Sollstromsignal
IMS enthält die
Information für
den Referenzstrom zum Setzen des Sollmotorstroms, der dem bürstenlosen
Motor 6 zuzuführen
ist. In diesem Zusammenhang wird das Sollstromsignal IMS mit dem
Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V derart korreliert, dass es bei
niedriger Geschwindigkeit groß ist,
wenn die Straßenreaktionskraft
groß ist,
hingegen bei hoher Geschwindigkeit zugunsten der Fahrstabilität klein
ist. Das Sollstromsignal IMS wird mit dem Lenkdrehmomentsignal T
korreliert: Das Sollstromsignal IMS ist gleich null, wenn das Lenkdrehmomentsignal
T in der Nähe von
null ist, und das Sollstromsignal IMS nimmt mit dem Lenkdrehmomentsignal
T zu, wenn das Lenkdrehmomentsignal T einen gegebenen Wert überschreitet.
Das Sollstromsignal IMS wird nicht höher als der maximale Sollstrom
gesetzt, da der bürstenlose
Motor 6 den maximalen Strom begrenzt.
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Die
Kompensationsstromsetz-Untereinheit 41 erhält das Lenkdrehmomentsignal
T des Lenkdrehmomentsensors TS und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
V des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors VS und schickt das Kompensationsstromsignal RS
zu dem Kompensator 42. Die Kompensationsstromsetz-Untereinheit 41 bestimmt
das Kompensationsstromsignal RS zum Kompensieren des Sollstroms
mit Trägheitssteuerung
und Dämpfsteuerung, um
das Lenkgefühl
zu verbessern. Die Trägheitssteuerung
wird durchgeführt,
um die Lenkreaktion zu verbessern, indem ein Trägheitskompensationswert entsprechend
der Lenkdrehmomentdifferenzierung und der Fahrzeuggeschwindigkeit
bestimmt wird und indem eine additive Kompensation für den Sollstrom durchgeführt wird.
Andererseits wird die Dämpfsteuerung
durchgeführt,
um die Fahrstabilität
während des
Lenkens zu verbessern, indem ein Dämpfkompensationswert entsprechend
der Motordrehgeschwindigkeit und der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt
wird und indem eine Dämpfkompensation
für den
Sollstrom durchgeführt
wird. Die Kompensationsstromsetz-Untereinheit 41 differenziert
das Lenkdrehmomentsignal T, um die zeitliche Differenzierung des
Lenkdrehmoments zu berechnen. Die Kompensationsstromsetz-Untereinheit 41 liest
das entsprechende Trägheitskompensationsstromsignal
mit dem zeitlich differenzierten Lenkdrehmoment und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
V als Adressen aus, unter Verwendung des Kennfelds, das die zeitliche
Differenzierung des Lenkdrehmoments und das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
V mit dem Trägheitskompensationsstromsignal
korreliert, das auf der Basis der experimentellen oder konstruktiven Werte
vorab aufgestellt ist. Ferner liest die Kompensationsstromsetz-Untereinheit 41 das
entsprechende Dämpfkompensationsstromsignal
mit dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V als Adresse aus, unter
Verwendung des Kennfelds, das das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
V mit dem Dämpfkompensationsstromsignal
korreliert, das auf der Basis der experimentellen oder konstruktiven
Werte vorab aufgestellt ist. Ferner bestimmt die Kompensationsstromsetz-Untereinheit 41 ein
Kompensationsstromsignal RS entsprechend dem Trägheitskompensationsstromsignal
und dem Dämpfkompensationsstromsignal.
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Der
Kompensator 42 erhält
das Sollstromsignal IMS der Sollstromsetz-Untereinheit 40 und das Kompensationsstromsignal
RS der Kompensationsstromsetz-Untereinheit 41 und schickt
das Nach-Kompensations-Sollstromsignal IMS' zur Treibereinheit 5. Der
Kompensator 42 berechnet das Nach-Kompensations-Sollstromsignal IMS', indem er die Addition
oder Subtraktion des Kompensationsstromsignals RS zu oder von dem
Sollstromsignal IMS durchführt,
unter Berücksichtigung
der Drehrichtung des Lenkdrehmomentsignals T etc.
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Das
Nach-Kompensations-Sollstromsignal IMS' ist ein digitales Signal und wird seriell übertragen.
Das Nach-Kompensations-Sollstromsignal IMS' kann einen anderen digitalen Signaltyp
haben, wie etwa ein PWM-Signal, anstatt des seriell übertragenen
digitalen Signals.
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Die
Struktur der Treibereinheit 5 wird anhand von 5 beschrieben.
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Wie
zuvor erwähnt,
ist die Treibereinheit 5 nahe dem bürstenlosen Motor 6 und
von der Steuereinheit 4 entfernt angeordnet (siehe 4).
Die Treibereinheit 5 enthält Ein-Chip-Mikrocomputer,
Eingabeschaltungen von verschiedenen Erfassungsmitteln, Ausgabeschaltungen,
Konstantspannungsschaltungen, Treiberschaltungen und Schaltelemente
etc.
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Die
Treibereinheit 5 bestimmt das Motorsteuersignal VO entsprechend
dem Nach-Kompensations-Sollstromsignal IMS' der Steuereinheit 4 und liefert
den Strom zum Antrieb des bürstenlosen
Motors 6. Daher enthält
die Treibereinheit 5 eine Treibersteuer-Untereinheit 50 und
eine Motortreiberschaltung 51. Die Motortreiberschaltung 51,
die Wärme
erzeugt, wird zu keinem Problem führen, da die Treibereinheit 5 nicht
mit einer Analogschaltung zur Formung des Lenkdrehmomentsignals
T ausgestattet ist, deren Zuverlässigkeit
durch den Einfluss von Wärme
beeinträchtigt
werden könnte.
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In
dieser Ausführung
bildet die Treibersteuer-Untereinheit 50 das Treibersteuermittel,
und die Motortreiberschaltung 51 bildet das Motortreibermittel
gemäß den beigefügten Ansprüchen.
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Die
Treibersteuer-Untereinheit 50 erhält das Nach-Kompensations-Sollstromsignal
IMS' der Steuereinheit 4,
das Motorstromsignal IMO des Motorstrom-Erfassungsmittels 12 und
das Motordrehsignal PMO des Motordrehungs-Erfassungsmittels 13 und schickt
das Motorsteuersignal VO zu der Motortreiberschaltung 51.
Die Treibersteuer-Untereinheit 50 enthält einen Drehsignalwandler 50a,
einen Stromsignalwandler 50b und ein Abweichungs-Berechnungsteil 50c,
einen PI-(Proportional-Integral)-Regler 50d und einen Motorsteuersignalgenerator 50e.
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Der
Drehsignalwandler 50a erhält das Motordrehsignal PMO
des Motordrehungs-Erfassungsmittels 13 und schickt das
digitale Motordrehsignal PMO' zu
dem Stromsignalwandler 50b und dem Motorsteuersignalgenerator 50e.
Der Drehsignalwandler 50a berechnet die Drehrichtung und
den Winkel mit dem Motordrehsignal PMO eines Analogsignals und wandelt
es in das digitale Motordrehsignal PMO' um. Zum Beispiel ist der Drehsignalwandler 50a aus einem
RD-(Resolver-Digital)-Wandler aufgebaut.
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Der
Stromsignalwandler 50b erhält das Motorstromsignal IMO
des Motorstrom-Erfassungsmittels 12 und das Motordrehsignal
PMO' des Drehsignalwandlers 50a und
schickt das Gleichstrom-Motorstromsignal IMO' zu dem Abweichungs-Berechnungsteil 50c.
Gemäß dem Motorstromsignal
IMO eines Dreiphasen-Wechselstromsignals und der Drehrichtung und
dem Winkel des Motordrehsignals PMO' wandelt der Stromsignalwandler 50b das
Motorstromsignal IMO in das Gleichstrom-Motorstromsignal IMO' um, das die Stärke des
Motorstroms und den Drehwinkel des bürstenlosen Motors 6 repräsentiert.
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Das
Abweichungs-Berechnungsteil 50c erhält das Nach-Kompensations-Sollstromsignal IMS' der Steuereinheit 4 und
das Motorstromsignal IMO' des
Stromsignalwandlers 50b und schickt ein Abweichungssignal ΔIM zu dem
PI-Regler 50d. Das Abweichungs-Berechnungsteil 50c subtrahiert
das Motorstromsignal IMO' von
dem Nach-Kompensations-Sollstromsignal IMS', um das Abweichungssignal ΔIM ( = IMS' – IMO') zu erzeugen.
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Der
PI-Regler 50d erhält
das Abweichungssignal ΔIM
des Abweichungs-Berechnungsteils 50c und
schickt ein PI-Steuersignal zu dem Motorsteuersignalgenerator 50e.
Der PI-Regler führt
die P-(Proportional)- und I-(Integral)-Regelung für das Abweichungssignal ΔIM durch,
um das PI-Steuersignal zu erzeugen, das den dem bürstenlosen
Motor 6 zuzuführenden
Stromwert des Motorstroms IM und die Drehrichtung des bürstenlosen
Motors 6 darstellt, um die Abweichung auf null zu reduzieren.
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Der
Motorsteuersignalgenerator 50e erhält das Motordrehsignal PMO' des Drehsignalwandlers 50a und
das PI-Steuersignal des PI-Reglers 50d und schickt das
Motorsteuersignal VO zu der Motortreiberschaltung 51. Der
Motorsteuersignalgenerator 50e bestimmt die Phase der Wicklung,
der der Motorstrom IM der drei Phasen zuzuführen ist (U-Phase, V-Phase
und W-Phase) entsprechend
dem Ist-Drehwinkel und der Richtung des Motordrehsignals PMO'. Ferner erzeugt
der Motorsteuersignalgenerator 50e den dem bürstenlosen
Motor 6 zuzuführenden Stromwert
des Motorstroms IM und entweder das PWM-Signal oder das Aus-Signal,
das jeder Phase (U-Phase, V-Phase und W-Phase) entspricht, für den jeweiligen
FET 51a bis 51f der Motortreiberschaltung 51 entsprechend
dem PI-Steuersignal. Der Motorsteuersignalgenerator 50e wählt die
FETs des FET 51a bis 51f, für den das PWM-Signal entsprechend der
Information der mit dem Motorstrom IM zu versorgenden Phasenwicklung
erzeugt wird, auf der Basis des Motordrehsignals PMO', und setzt das Tastverhältnis des
PWM-Signals entsprechend der Information des Stroms vom Motorstrom
IM, die vom PI-Steuersignal erzeugt wird, um hier die Motorspannung
VM entsprechend dem Tastverhältnis
zu erzeugen.
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Der
bürstenlose
Motor 6 ist aus der Dreiphasenwicklung der U-Phase, V-Phase und W-Phase zusammengesetzt.
Der Innenrotor 6b (Motorachse 6a) dreht sich durch
Anlegen der Motorspannung VM (VMU, VMV und VMW) an jede Phase des
Anschlusses Uo, Vo oder Wo, und durch Versorgung der Dreiphasenwicklungen
mit einem Dreiphasenwechselstrom in der Reihenfolge der Phase (siehe 4). Der
bürstenlose
Motor 6 dreht sich in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung durch Zufuhr des
Stroms in der Reihenfolge der U-Phase → V-Phase → W-Phase → U-Phase oder U-Phase → W-Phase → V-Phase → U-Phase.
Der PI-Regler 50d bewertet die Drehrichtung des bürstenlosen
Motors 6 und den Strom des Motorstroms IM mit dem Abweichungssignal ΔIM. Der Motorsteuersignalgenerator 50d bestimmt
die Phasenwicklung, die mit dem Strom zu versorgen ist, entsprechend
dem Motordrehsignal PMO'.
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Die
Motortreiberschaltung 51 erhält das Motorsteuersignal VO
von der Treibersteuer-Untereinheit 50 und legt die Motorspannung
VM an den bürstenlosen
Motor 6 an. Die Motortreiberschaltung 51 ist aus
einer Brückenschaltung
mit FETs 51a, 51b, 51c, 51d, 51e und 51f zusammengesetzt
und wird mit einer Spannung von 12 V von einer Stromversorgungsspannung 51g versorgt.
Ferner ist die Motortreiberschaltung 51 so angeordnet,
dass der Uo-Anschluss des bürstenlosen
Motors 6 mit der Source Sa von FET 51a und dem
Drain Db des FET 51b verbunden ist, dass der Vo-Anschluss
des bürstenlosen
Motors 6 mit der Source Sc des FET 51c und dem
Drain Dd des FET 51d verbunden ist, und dass der Wo-Anschluss des bürstenlosen
Motors 6 mit der Source Se des FET 51e und dem
Drain Df des FET 51f verbunden ist. Die FETs 51a bis 51f werden
mit dem PWM-Signal oder dem Aus-Signal an ihren jeweiligen Gates
Ga bis Gf versorgt und eingeschaltet, wenn bei der Eingabe des PWM-Signals
der Logikwert 1 ist. Die an dem bürstenlosen Motor 6 angelegte
Motorspan nung VM wird durch das PWM-Signaltastverhältnis des
selektiv PMW-betriebenen
FET bestimmt.
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Die
Funktion der elektrischen Servolenkvorrichtung 1 wird nun
in Bezug auf die 1 bis 5 beschrieben.
Die Beschreibung erfolgt für
den Fall, dass das Lenkrad 3 vom Fahrer gelenkt wird.
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Wenn
ein Fahrer die Lenkkraft auf das Lenkrad 3 ausübt, erfasst
der Lenkdrehmomentsensor TS das Lenkdrehmoment, das die Stärke der
Lenkkraft repräsentiert,
sowie die Drehmomentrichtung und schickt das Lenkdrehmomentsignal
T zur Steuereinheit 4.
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In
der Steuereinheit 4 bestimmt die Sollstromsetz-Untereinheit 40 das
Sollstromsignal IMS auf der Basis des Lenkdrehmomentsignals T und
des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V, und die Kompensationssetz-Untereinheit 41 bestimmt
das Kompensationsstromsignal RS auf der Basis des Lenkdrehmomentsignals
T und des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V. Ferner berechnet die
Steuereinheit 4 das Nach-Kompensations-Sollstromsignal
IMS' mit dem Sollstromsignal
IMS und dem Kompensationsstromsignal RS. Die Steuereinheit 4 schickt
das Nach-Kompensations-Sollstromsignal IMS' zur Treibereinheit 5 durch
den Kabelbaum WH. Die Steuereinheit 4 berechnet das Nach-Kompensations-Sollstromsignal
IMS' und schickt
es mit regelmäßigen Intervallen
zu der Treibereinheit 5.
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Ferner
wird das Motordrehsignal PMO zu der Treibereinheit 5 von
dem Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 durch den Leitungsdraht 5b geschickt.
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In
der Treibereinheit 5 berechnet das Abweichungs-Berechnungsteil 50c der
Treibersteuer-Untereinheit 50 das Abweichungssignal ΔIM mit dem Nach-Kompensations-Sollstromsignal
IMS' und dem Nach-Konversions-Motorstromsignal
IMO', das durch
den Stromsignalwandler 50b umgewandelt ist. Ferner erzeugt
der PI-Regler 50d der Treibersteuer-Untereinheit 50 das
PI-Signal mit dem Abweichungssignal ΔIM, und der Motorsteuersignalgenerator 50e erzeugt
das Motorsteuersignal VO mit dem Nach-Kompensations-Motordrehsignal
PMO', das von dem
Drehsignalwandler 50a umgewandelt ist, und dem PI-Steuersignal,
um hierdurch das Motorsteuersignal VO zu der Motortreiberschaltung 51 zu schicken.
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In
der Treibereinheit 5 führen
die FETs 51a, 51b, 51c, 51d, 51e und 51f der
Motortreiberschaltung 51 einen selektiven PWM-Betrieb durch
und legen die Motorspannung VM an den Uo-Anschluss, den Vo-Anschluss
oder den Wo-Anschluss des bürstenlosen
Motors 6 entprechend dem Motorsteuersignal VO durch den
Leitungsdraht 5a an. Die Motortreiberschaltung 51 wählt die
PWM-anzutreibenden FETs aus den FETs 51a, 51b, 51c, 51d, 51e und 51f abwechselnd
aus und variiert die angelegte Spannung der Motortreiberspannung
VM, um den bürstenlosen
Motor 6 in der Vorwärtsrichtung
(oder Rückwärtsrichtung)
in Abhängigkeit
vom Motorsteuersignal VO anzutreiben.
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In
dem bürstenlosen
Motor 6 wird die Motorspannung VM an die Wicklung der U-Phase,
V-Phase oder W-Phase angelegt, und es wird der Motorstrom IM zugeführt. Dann
wird in dem bürstenlosen
Motor 6 der Innenrotor 6b in der Vorwärtsrichtung
oder Rückwärtsrichtung
angetrieben, und die Motorachse 6a dreht sich entsprechend.
Gleichzeitig erfasst das Motorstrom-Erfassungsmittel 12 den Motortreiberstrom IM
und schickt das Motorstromsignal IMO zur Treibereinheit 5.
Das Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 erfasst den Motordrehwinkel
PM des Innenrotors 6b und schickt das Motordrehsignal PMO
zur Treibereinheit 5 durch den Leitungsdraht 5b.
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Anschließend wird
die Drehantriebskraft der Motorachse 6a des bürstenlosen
Motors 6 auf die Ritzelachse 7a durch den Drehmomentbegrenzer 10 und
das Untersetzungsgetriebe 11 übertragen. Diese Drehantriebskraft
wirkt auf die Ritzelachse 7a als Hilfsdrehmoment, um das
Lenkdrehmoment (die Lenkkraft) des Fahrers zu unterstützen, um
hierdurch die Lenkkraft des Fahrers zu mindern.
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Der
Fluss der Signale (oder der zugeführte Ströme), beginnend mit dem Motordrehsignal
PMO des Motordrehungs-Erfassungsmittels 13, ist wie folgt:
Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 → Leitungsdraht 5b → Treibereinheit 5 → Leitungsdraht 5a → bürstenloser
Motor 6. Da das Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 nahe der
Treibereinheit 5 angeordnet ist, ist die Zeit zur Signalübertragung
dazwischen angenähert
null. Der bürstenlose
Motor kann präzise gesteuert
werden, da sich das vom Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 erfasste
Motordrehsignal PMO in der Steuerung des bürstenlosen Motors 6 ohne
Phasenverzögerung
widerspiegelt. Daher wird die Ausgabe des bürstenlosen Motors 6 schwingungsfrei
stabilisiert.
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Die
elektrische Servolenkvorrichtung 1 ist in der Lage, eine
Verschlechterung des Lenkgefühls durch
Bürstenabnützung zu
verhindern, indem sie den bürstenlosen
Motor 6 verwendet. Auch vermeidet die elektrische Servolenkvorrichtung 1 eine
Verschlechterung des Lenkgefühls
aufgrund eines großen
Trägheitsmoments,
das durch einen Außenrotor verursacht
wird, da der bürstenlose
Motor 6 statt des Außenrotors
den Innenrotor 6b verwendet.
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Die
elektrische Servolenkvorrichtung 1 ermöglicht es, dass die Analogschaltung,
die zur Formung des Lenkdrehmomentsignals T der Steuereinheit 4 dient,
frei von dem nachteiligen Einfluss der Wärme ist, die von der Motortreiberschaltung 51 erzeugt
wird, da die Steuereinheit 4 und die Treibereinheit 5 voneinander
entfernt angeordnet sind. Da die Steuereinheit 4 das Nach-Kompensations-Sollstromsignal
IMS' ohne Wärmeeinfluss
setzen kann, bleibt die hohe Zuverlässigkeit der Steuereinheit 4 erhalten.
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Die
elektrische Servolenkvorrichtung 1 benötigt angenähert keine Zeit dafür, um das
Signal von dem Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 zu der Treibereinheit 5 zu
schicken und den Strom von der Treibereinheit 5 dem bürstenlosen
Motor 6 zuzuführen, da
die Treibereinheit 5 nahe dem bürstenlosen Motor 6 und
dem Motordrehungs-Erfassungsmittel 13 angeordnet ist. Das
so erfasste Signal des Motordrehwinkels PM des Innenrotors 6b wird
in der Treibersteuerung des bürstenlosen
Motors 6 ohne Phasenverzögerung verwendet, was zu einer
präzisen
Steuerung des bürstenlosen
Motors 6 führt.
Im Ergebnis wird die Leistung des bürstenlosen Motors 6 stabilisiert
und man erhält
ein komfortables Lenkgefühl.
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Die
elektrische Servolenkvorrichtung 1 hat annähernd keinen
Spannungsabfall des Leitungsdrahts 5a bei der Stromversorgung
des bürstenlosen Motors 6,
was zu angenähert
keinem Leistungsabfall des bürstenlosen
Motors 6 führt,
da der Leitungsdraht 5a zwischen der Motortreiberschaltung 51 und dem
bürstenlosen
Motor 6 sehr kurz ist. Im Ergebnis wird die Leistung des
bürstenlosen
Motors 6 stabilisiert und man erhält ein komfortables Lenkgefühl.
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Obwohl
in dieser Ausführung
die Steuereinheit zum Beispiel längs
der Ritzelachse angeordnet ist, ist die Position hierauf nicht beschränkt. Die
Steuereinheit kann auch so weit von der Treibereinheit angeordnet
werden, dass sie frei vom Wärmeeinfluss der
Treibereinheit ist. Die Position der Treibereinheit ist ebenfalls
nicht eingeschränkt,
und sie kann frei gewählt
werden, solange sie keinen Wärmeeinfluss
auf die Steuereinheit hat, bevorzugt in der Nähe des bürstenlosen Motors.
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In
dieser Ausführung
wirkt das Hilfsdrehmoment auf die Ritzelachse mit dem bürstenlosen
Motor. Alternativ kann jedoch das Hilfsdrehmoment auch auf die Zahnstangenachse
wirken.
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In
dieser Ausführung
erfasst das Motordrehungs-Erfassungsmittel den Drehwinkel des bürstenlosen
Motors. Jedoch kann es auch so angeordnet sein, dass das Motordrehungs-Erfassungsmittel
die Drehphase, die Drehge schwindigkeit oder die Drehbeschleunigung
des bürstenlosen
Motors erfasst, und der bürstenlose
Motor in Abhängigkeit
vom Drehphasensignal, dem Drehgeschwindigkeitsignal oder dem Drehbeschleunigungssignal
gesteuert bzw. geregelt wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine elektrische Servolenkvorrichtung 1 anzugeben,
die in der Lage ist, einen bürstenlosen
Motor 6 präzise
zu steuern und für
ein exzellentes Lenkgefühl
zu sorgen, sowie die Zuverlässigkeit
eines Steuermittels 4 zu gewährleisten. Die elektrische
Servolenkvorrichtung 1 enthält einen Motor 6,
ein Lenkdrehmoment-Erfassungsmittel TS (Lenkdrehmomentsensor), ein
Motordrehungs-Erfassungsmittel 13, ein Motorstrom-Erfassungsmittel 12,
ein Sollstromsetzmittel 40 (Sollstromsetz-Untereinheit), ein
Treibersteuermittel 50 (Treibersteuer-Untereinheit) und
ein Motortreibermittel 51 (Motortreiberschaltung). Vorgesehen
sind das Steuermittel 4 (Steuereinheit), das das Sollstromsetzmittel 40 enthält, sowie
ein Treibermittel 5 (Treibereinheit), dem ein Motordrehsignal
PMO zugeführt wird
und das das Treibersteuermittel 50 und das Motortreibermittel 51 enthält. Ferner
sind das Steuermittel 4 und das Treibermittel 5 voneinander
entfernt angeordnet und durch eine Kommunikationsleitung WH elektrisch
miteinander verbunden.