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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkungsvorrichtung (Einrichtung) zum Drehen eines Fahrzeugs mit einer durch den Bediener auf ein Lenkrad angewendeten geringen Lenkkraft und wobei die auf das Lenkrad angewendete Lenkkraft durch ein Lenksystem auf die Straßenräder übertragen wird.
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Stand der Technik
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Von dem Bediener auf ein Lenkrad angewendete Lenkkräfte werden von einem Drehmomentsensor detektiert, welcher an einer mit einem Lenkrad verbundenen Lenkwelle montiert ist. Basierend auf den von dem Drehmomentsensor detektierten Lenkkräften (Lenkdrehmoment) erregt eine Regelungs-/Steuerungseinheit einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung einen Elektromotor (nachfolgend einfach als „Motor” bezeichnet). Die elektrische Servolenkungsvorrichtung überträgt ein von dem Motor erzeugtes Hilfsdrehmoment durch einen Schneckengetriebe-Drehzahluntersetzungsmechanismus usw. auf die Lenkwelle (Lenksystem), um dadurch die von dem Bediener auf das Lenkrad angewendeten erforderlichen Lenkkräfte zu verringern.
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Eine bekannte, in dem
japanischen Patent Nr. 3055752 und dem
japanischen Patent Nr. 2830992 offenbarte Art eines Drehmomentsensors umfasst einen eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle miteinander verbindenden Torsionsstab und ein mit der Eingangswelle und der Ausgangswelle in Eingriff stehendes Mittelstück. Wenn ein Drehmoment zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle angewendet wird, wird das Mittelstück verschoben und die Verschiebung des Mittelstücks wird von einer Detektionspule detektiert. Ein anderer bekannter, in dem
japanischen Patent Nr. 3964414 und dem
japanischen Patent Nr. 4057552 offenbarter Drehmomentsensor umfasst an einer Lenkwelle angeordnete magnetostriktive Filme und Detektionsspulen zum Detektieren einer Änderung der magnetischen Eigenschaften der magnetostriktiven Filme. Ein auf die Lenkwelle angewendetes Drehmoment wird von den Detektionsspulen elektrisch detektiert.
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Die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 06-096389 offenbart eine Technologie, welche im Falle eines Ausfalls eines Drehmomentsensors, die Hilfe durch die von einem Elektromotor erzeugte Lenkkraft abbricht und ein Lenksystem manuell betätigbar macht, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit höher als eine vorgeschriebene Geschwindigkeit ist. Weiterhin wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit geringer als die vorgeschriebene Geschwindigkeit ist, der Elektromotor in Abhängigkeit einer Lenkwinkelgeschwindigkeit geregelt/gesteuert, welche aus einem Ausgangssignal von einem Lenkwinkelsensor berechnet wird.
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Abriss der Erfindung
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Bisher wird, wie in der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 06-096389 offenbart, wenn der Drehmomentsensor zum Detektieren des Lenkdrehmoments ausfällt, der Elektromotor in Abhängigkeit einer Lenkwinkelgeschwindigkeit geregelt/gesteuert, welche aus einem Ausgangssignal von dem Lenkwinkelsensor berechnet wird.
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In Fahrzeugen, in welche jedoch kein Drehwinkelsensor eingebaut ist, muss, wenn der Drehmomentsensor ausfällt und daher nicht in der Lage ist, das Lenkdrehmoment zu detektieren, dann die Hilfe durch die von dem Elektromotor erzeugte Lenkkraft abgebrochen werden, und das Lenksystem muss manuell betätigbar gemacht werden.
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Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die obigen Probleme realisiert worden. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Servolenkungsvorrichtung bereitzustellen, welche in der Lage ist, eine von einem Motor erzeugte Lenkhilfskraft anzuwenden, selbst wenn ein Drehmomentsensor ausfällt und nicht in der Lage ist, das Lenkdrehmoment zu detektieren.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Servolenkungsvorrichtung bereitgestellt, welche umfasst: einen Drehmomentdetektor zum Detektieren eines in einem Lenksystem erzeugten Drehmoments, einen Motor zum Anwenden eines Hilfsdrehmoments auf eine Drehwelle des Lenksystems, einen Rotorwinkelverschiebungsdetektor zum Detektieren einer Winkelverschiebung eines Rotors des Motors und eine Motorregelungs-/-steuerungseinheit zum Regeln/Steuern eines elektrischen Stroms zum Erregen des Motors basierend auf dem von dem Drehmomentdetektor detektierten Drehmoment, wobei die elektrische Servolenkungsvorrichtung gekennzeichnet ist durch einen Anomaliedetektor zum Detektieren, ob der Drehmomentsensor anomal geworden ist oder nicht, und, falls der Anomaliedetektor eine Anomalie des Drehmomentsensors detektiert, regelt/steuert die Motorregelungs-/-steuerungseinheit den elektrischen Strom zum Erregen des Motors basierend auf der durch den Rotorwinkelverschiebungsdetektor detektierten Winkelverschiebung des Rotors.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wenn eine Anomalie des Drehmomentdetektors detektiert wird, der elektrische Strom zum Erregen des Motors, d. h. ein elektrischer Hilfsstrom, basierend auf der Winkelverschiebung des Rotors geregelt/gesteuert, welche durch den Rotorwinkelverschiebungsdetektor detektiert wird, welcher als eine unverzichtbare Komponente für die Drehregelung/-steuerung des Motors dient (Detektion von Stellungen magnetischer Pole). Daher kann, selbst wenn der Drehmomentsensor ausfällt und nicht in der Lage ist, das Lenkdrehmoment zu detektieren, eine Lenkhilfskraft erzeugt und durch den Motor angewendet werden.
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Die elektrische Servolenkungsvorrichtung umfasst ferner eine Speichereinheit, welche im Voraus eine eine Beziehung zwischen der Winkelverschiebung des Rotors und dem elektrischen Strom zum Erregen des Motors darstellende Kennlinie speichert, und einen Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor zum Detektieren einer Fahrzeuggeschwindigkeit eines Fahrzeugs, in welches die elektrische Servolenkungsvorrichtung eingebaut ist, wobei, wenn der Anomaliedetektor eine Anomalie des Drehmomentdetektors detektiert, erhält die Motorregelungs-/-steuerungseinheit den elektrischen Strom zum Erregen des Motors durch Bezugnahme auf die in der Speichereinheit gespeicherte Kennlinie basierend auf der von dem Rotorwinkelverschiebungsdetektor detektierten Winkelverschiebung des Rotors und korrigiert den elektrischen Strom mit der von dem Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor detektierten Fahrzeuggeschwindigkeit, um dadurch einen korrigierten elektrischen Strom zum Erregen des Motors zu erzeugen. Dementsprechend kann eine Lenkhilfskraft innerhalb eines gesamten Fahrzeuggeschwindigkeitsbereichs angewendet werden, in welchem die Lenkhilfskraft benötigt wird.
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Die elektrische Servolenkungsvorrichtung kann ferner eine Speichereinheit umfassen, welche einen von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängenden Elektrischer-Strom-Begrenzungswert speichert. Daher kann eine von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängende Lenkhilfskraft angewendet werden und es wird verhindert, dass ein übermäßig hoher elektrischer Strom zugeführt wird.
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Die elektrische Servolenkungsvorrichtung kann ferner einen Lenkwinkelgeschwindigkeitsdetektor zum Detektieren einer Winkelgeschwindigkeit der Drehwelle des Lenksystems umfassen, wobei die Motorregelungs-/-steuerungseinheit den elektrischen Strom zum Erregen des Motors begrenzt, wenn ein Absolutwert einer von dem Lenkwinkelgeschwindigkeitsdetektor detektierten Lenkwinkelgeschwindigkeit zu einem Zeitpunkt, zu dem ein Lenkrad gedreht wird, in der Nähe von Null ist.
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Der Lenkwinkelgeschwindigkeitsdetektor detektiert die Winkelgeschwindigkeit der Drehwelle des Lenksystems basierend auf einer Winkelgeschwindigkeit des Rotors.
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Die elektrische Servolenkungsvorrichtung kann ferner einen Fahrzeuganhaltedetektor umfassen zum Detektieren, dass ein Fahrzeug, in welches die elektrische Servolenkungsvorrichtung eingebaut ist, anhält, wobei die Motorregelungs-/-steuerungseinheit den elektrischen Strom zum Erregen des Motors auf Null einstellt, wenn der Fahrzeuganhaltedetektor detektiert, dass das Fahrzeug angehalten hat. Eine unnötige Lenkhilfsskraft wird folglich nicht angewendet werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, selbst wenn der Drehmomentsensor ausfällt und nicht in der Lage ist, das Lenkdrehmoment zu detektieren, eine Lenkhilfskraft durch Regeln/Steuern des elektrischen Stroms zum Erregen des Motors basierend auf der Winkelverschiebung des Rotors angewendet, welche durch den Rotorwinkelverschiebungsdetektor detektiert wird zum Regeln/Steuern einer Drehung des Motors.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Konfigurationsansicht einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine Verbindungen in einer ECU der in 1 gezeigten elektrischen Servolenkungsvorrichtung zeigende Darstellung;
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3 ist ein Flussdiagramm eines Lenkwinkel-Schätzprozesses und eines Elektrischer-Strom-Abklingprozesses;
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4A ist eine eine Basishilfsstromkennlinie veranschaulichende Darstellung, auf welche in einem Normaler-Modus-Hilfsprozess Bezug genommen wird;
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4B ist eine eine Basishilfsstromkennlinie veranschaulichende Darstellung, auf welche in einem Anomaler-Modus-Hilfsprozess Bezug genommen wird;
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5 ist eine eine Elektrischer-Strom-Abklingkennlinie veranschaulichende Darstellung;
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6 ist eine eine Kontinuierliches-Lenken-Zeit-Verringerungskennlinie veranschaulichende Darstellung;
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7 ist ein Flussdiagramm eines Fahrzeuggeschwindigkeitsverhältnis-Korrekturprozesses und eines Fahrzeuggeschwindigkeit-Strombegrenzungsprozesses;
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8 ist eine eine Fahrzeuggeschwindigkeitsverhältnis-Kennlinie veranschaulichende Darstellung;
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9 ist eine eine Fahrzeuggeschwindigkeit-Elektrischer-Strom-Begrenzungskennlinie veranschaulichende Darstellung; und
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10 ist eine einen Elektrischer-Hilfsstrom-Korrekturprozess veranschaulichende Darstellung.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend durch Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.
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1 ist eine schematische Gesamtansicht einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche in ein Fahrzeug eingebaut ist.
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2 ist ein funktionales Blockdiagramm einer ECU (Elektrische Regelungs-/Steuerungseinheit) 22 der in 1 gezeigten elektrischen Servolenkungsvorrichtung 10.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst die elektrische Servolenkungsvorrichtung 10 im Wesentlichen ein Lenksystem 18, welches sich von einem Lenkrad 12 (vom Fahrer zu betätigendes Betätigungselement, um das Fahrzeug zu lenken), einer Lenkwelle 14 zu lenkbaren Straßenrädern 16 erstreckt, einen Drehmomentsensor (auch als „Drehmomentsensor und Lenkwinkelsensor” bezeichnet) 20, welcher an einer Drehwelle des Lenksystems 18 angeordnet ist und einen Lenkwinkelsensor 19 darin umfasst, um ein Drehmoment Tr und einen Lenkwinkel θs der Drehwelle zu detektieren, eine ECU 22 zum Bestimmen eines Hilfsdrehmoments Ta basierend auf Ausgangssignalen von dem Drehmomentsensor 20, einen Elektromotor (nachfolgend einfach als „Motor” bezeichnet) 24, wie einen von der ECU 22 erregbaren bürstenlosen Motor, und einen Drehzahluntersetzungsgetriebemechanismus 26 zum Übertragen einer Ausgangsleistung von dem Motor 24 bei einem Drehzahluntersetzungsverhältnis, wie des Hilfsdrehmoments Ta zu der Drehwelle des Lenksystems 18. Der Motor 24 kann auch ein Bürstenmotor sein.
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Der Drehmomentsensor
20 weist einen bekannten Aufbau auf, bei welchem eine als die Drehwelle des Lenksystems
18 dienende Eingangswelle
41 und eine Ausgangswelle
42 durch einen Torsionsstab miteinander verbunden sind und zwei Detektionsspulen (nicht gezeigt) an einem Gehäuse (nicht gezeigt) gehalten und um ein mit der Eingangs- und der Ausgangswelle
41,
42 in Eingriff gehaltenes hohles zylindrisches Mittelstück (nicht gezeigt) angeordnet sind (siehe beispielsweise
japanisches Patent Nr. 3055752 und
japanisches Patent Nr. 2830992 ).
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Der Lenkwinkelsensor
19 weist einen bekannten Aufbau zum Detektieren einer Winkelverschiebung der Eingangswelle
41 als der Lenkwinkel θs auf (siehe beispielsweise
japanisches Patent Nr. 3055752 ).
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Der Drehmomentsensor
20 kann einen anderen bekannten Aufbau aufweisen, welcher einen Magnetostriktiver-Film-Sensor umfasst und welcher keinen Torsionsstab oder ein hohles zylindrisches Mittelstück umfasst (siehe beispielsweise
japanisches Patent Nr. 3964414 und
japanisches Patent Nr. 4057552 ).
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Die vorliegende Erfindung ist auch auf einen Drehmomentsensor anwendbar, welcher nicht den Lenkwinkelsensor 19 umfasst.
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Das Drehmoment Tr und der Lenkwinkel θs, welche durch Ausgangssignale von dem Drehmomentsensor 20 und dem Lenkwinkelsensor 19 dargestellt sind, werden durch einen Kabelbaum 91 jeweils einem Drehmoment-Detektionsschaltkreis 72 der ECU 22 und einem Lenkwinkelgeschwindigkeitsrechner 74 zugeführt, welcher als ein Lenkwinkelgeschwindigkeitsdetektor der ECU 22 fungiert.
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Die Lenkwelle 14 umfasst eine zusammengeführte Anordnung von Drehwellen, umfassend eine integral mit dem Lenkrad 12 verbundene Hauptdrehwelle 15, eine durch ein Universalgelenk 46 mit der Hauptlenkwelle 15 verbundene Eingangswelle 41 und eine ein Ritzel 30 eines Zahnstangen-Ritzel-Mechanismus 28 aufweisende Ausgangswelle 42.
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Die Eingangswelle 41 und die Ausgangswelle 42 werden durch jeweilige Lager 48a, 48b getragen und das Ritzel 30 ist mit einem unteren Endabschnitt der Ausgangswelle 42 verbunden. Das Ritzel 30 wird in Kämmeingriff mit Zahnstangenzähnen 50a an einer Zahnstangenwelle 50 gehalten, welche reziprok in transversalen Richtungen des Fahrzeugs bewegbar ist. Die lenkbaren Straßenräder 16, welche ein linkes und ein rechtes vorderes Straßenrad des Fahrzeugs sind, sind jeweils durch Verbindungsstangen 52 mit entgegengesetzten Enden der Zahnstangenwelle 50 verbunden.
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Das Lenksystem 18 umfasst das Lenkrad 12, die Lenkwelle 14 (Hauptlenkwelle 15, das Universalgelenk 46, die Eingangswelle 41 und die das Ritzel 30 umfassende Ausgangswelle 42), die die Zahnstangenzähne 50a aufweisende Zahnstangenwelle 50, die Verbindungsstangen 52 und die lenkbaren Straßenräder 16.
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Das Lenksystem 18 mit dem obigen Aufbau ermöglicht es, einen normalen Zahnstangen-Ritzel-Lenkprozess durchzuführen, wenn das Lenkrad 12 gedreht wird. Daher kann der Fahrer des Fahrzeugs die Richtung des Fahrzeugs durch Drehen des Lenkrads 12 ändern, um die lenkbaren Straßenräder 16 zu lenken. Die Zahnstangenwelle 50, die Zahnstangenzähne 50a und die Verbindungsstangen 52 bilden zusammen einen Lenkmechanismus.
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Wie vorangehend beschrieben, umfasst die elektrische Servolenkungsvorrichtung 10 den Motor 24 zum Zuführen einer Lenkhilfskraft (auch einfach als „Hilfskraft” bezeichnet) zum Verringern der auf das Lenkrad 12 angewendeten Lenkkraft. Ein Schneckengetriebe 54, welches an der Drehwelle des Motors 24 befestigt ist, wird in Kämmeingriff mit einem Schneckenradgetriebe 56 gehalten, welches an einem Zwischenabschnitt der Ausgangswelle 42 unterhalb des Lagers 48b montiert ist. Das Schneckengetriebe 54 und das Schneckenradgetriebe 56 bilden zusammen den Drehzahluntersetzungsgetriebemechanismus 26.
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Der Motor 24 umfasst einen Rotor 23, welcher sich einstimmig mit der Drehwelle 25 dreht. Die Winkelverschiebung θrm (auch als „mechanischer Motorwinkel” bezeichnet) des Rotors 23 wird als eine Winkelverschiebung θr (auch als „elektrischer Motorwinkel” bezeichnet) von einem Koordinatenwandler 58 detektiert, welcher als ein Rotorwinkelverschiebungsdetektor dient. Die detektierte Winkelverschiebung θr wird durch einen Kabelbaum 92 einem Rotorwinkelverschiebung-Detektionsschaltkreis 76 der ECU 22 zugeführt (welcher als Mechanischer-Motorwinkel-Berechnungsschaltkreis zum Berechnen des mechanischen Motorwinkels θrm fungiert). Der Koordinatenwandler 58 ist ein Relativer-Winkel-Detektionssensor. Der Koordinatenwandler 58 kann durch einen Drehgeber als ein Absoluter-Winkel-Detektionssensor ersetzt werden. Der Unterschied zwischen der Winkelverschiebung θrm (mechanischer Motorwinkel) und der Winkelverschiebung θr (elektrischer Motorwinkel) wird später beschrieben werden.
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Die ECU 22 umfasst eine einen Mikrocomputer umfassende Rechenmaschine und umfasst eine CPU (Zentrale Prozessoreinheit), eine ROM (wie eine EEPROM) und eine RAM (Random Access Memory) umfassende Speicher, A/D-Wandler umfassende Eingabe-/Ausgabevorrichtungen, einen D/A-Wandler usw. und einen Zeitgeber als Zeitgebermittel. Die CPU liest und führt in der ROM gespeicherte Programme aus, um als verschiedene Funktionen ausführende Abschnitte (Funktionsausführmittel) zu fungieren, beispielsweise als eine Regelungs-/Steuerungseinheit, ein Rechner, ein Prozessor usw.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die ECU 22 eine Speichereinheit 78 auf, welche als ein Speicher zum Speichern verschiedener Kennlinien (umfassend Karten), Programme usw. dient. Die ECU 22 fungiert als der vorangehend genannte Drehmoment-Detektionsschaltkreis 72, der Lenkwinkelgeschwindigkeitsrechner 74 (Lenkwinkelgeschwindigkeitsdetektor) und der Rotorwinkelverschiebung-Detektionsschaltkreis 76 und fungiert auch als ein Anomaliedetektor 80, ein Fahrzeuganhaltedetektor 82, eine Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 und ein Zeitgeberabschnitt 85 usw.
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Der Drehmoment-Detektionsschaltkreis 72 erzeugt ein das Drehmoment Tr darstellendes Signal (zum leichteren Verständnis als „Drehmoment Tr” bezeichnet) aus einem differentiellen Signal zwischen Signalen, welche sich auf das durch den Kabelbaum 91 von den beiden Detektionsspulen (nicht gezeigt) des Drehmomentsensors 20 ausgegebene Drehmoment Tr beziehen und führt das erzeugte Signal der Motorregelungs-/-steuerungseineit 84 zu.
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Der Rotorwinkelverschiebung-Detektionsschaltkreis 76 berechnet (detektiert) die die Rotation des Rotors 23 des Motors 24 darstellende Winkelverschiebung (mechanischer Motorwinkel) θrm aus der von dem Koordinatenwandler 58 zugeführten Winkelverschiebung θr (elektrischer Motorwinkel) und führt die berechnete Winkelverschiebung θrm der Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 und dem Lenkwinkelgeschwindigkeitsrechner 74 zu.
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Wenn dem Lenkwinkelgeschwindigkeitsrechner 74 der Lenkwinkel (auch als „Lenkwinkel” oder „Radwinkel” der Lenkwelle 14 bezeichnet) θs von dem normal funktionierenden Lenkwinkelsensor 19 zugeführt wird, differenziert der Lenkwinkelgeschwindigkeitsrechner 74 den von dem Lenkwinkelsensor 19 durch den Kabelbaum 91 ausgegebenen Lenkwinkel θs, um eine Lenkwinkelgeschwindigkeit θs' (θs' = dθs/dt, wobei d einen Differentialoperator darstellt und t die Zeit darstellt) zu erzeugen und führt die Lenkwinkelgeschwindigkeit θs' der Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 zu.
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Wenn der Lenkwinkelsensor 19 anomal wird oder das Fahrzeug keinen Lenkwinkelsensor 19 umfasst, führt dann der Lenkwinkelgeschwindigkeitsrechner 74 eine Zeitableitung eines geschätzten Lenkwinkels θsc durch, welcher aus dem mechanischen Motorwinkel θrm durch den Rotorwinkelverschiebung-Detektionsschaltkreis 76 berechnet wird, basierend auf der Winkelverschiebung θr des Koordinatenwandlers 58, um eine geschätzte Lenkwinkelgeschwindigkeit θsc' (θsc' = dθsc/dt, wobei d einen Differentialoperator darstellt und t die Zeit darstellt) zu berechnen.
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Der Anomaliedetektor 80 überwacht das von dem Drehmoment-Detektionsschaltkreis 72 ausgegebene Drehmoment Tr sowie den von dem Lenkwinkelsensor 19 ausgegebenen Lenkwinkel θs. Wenn der Anomaliedetektor 80 eine Anomalie wie einen Sicherungsausfall zwischen den Anschlüssen des Drehmomentsensors 20 und dem Kabelbaum 91, einen offenen Schaltkreis des Kabelbaums 91 (d. h. eine Unterbrechung des Kabelbaums 91) oder einen Kurzschluss zwischen Leitungen in dem Kabelbaum 91, oder eine Anomalie eines Differentialverstärkers oder dergleichen in dem Drehmoment-Detektionsschaltkreis 72 detektiert, z. B. eine Ausgangsspannung von 0 Volt oder eine von einem Spannungsbereich von 0 Volt bis 5 Volt verschiedene Ausgangsspannung, führt dann der Anomaliedetektor 80 ein Anomaliedetektionssignal Sab der Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 und dem Lenkwinkelgeschwindigkeitsrechner 74 zu.
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Der Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 und dem Fahrzeuganhaltedetektor 82 der ECU 22 wird ein Ausgangssignal von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 86 zugeführt, welcher eine Fahrzeuggeschwindigkeit Vs aus der Drehgeschwindigkeit der vorderen und hinteren Straßenräder oder des Getriebes detektiert. D. h. der Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 und dem Fahrzeuganhaltedetektor 82 der ECU 22 wird die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs durch einen Kabelbaum 94 zugeführt.
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Dem Fahrzeuganhaltedetektor 82 und der Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 der ECU 22 wird auch ein Bremsbetätigungssignal Sb von einer Feststellbremse 88 durch einen Kabelbaum 95 zugeführt.
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Tatsächlich werden Signale wie die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs und das Bremsbetätigungssignal Sb der ECU 22 über ein internes Fahrzeugnetzwerk wie ein CAN (Control Area Network) oder dergleichen zugeführt. Alternativ können der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 86 und die Feststellbremse 88 mit der ECU 22 durch ein Punkt-zu-Punkt-Drahtsystem statt durch ein internes Fahrzeugnetzwerk verbunden sein.
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Wenn der Fahrzeuganhaltedetektor 82 das Bremsbetätigungssignal Sb von der Feststellbremse 88 detektiert oder detektiert, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs auf Null abgefallen ist, führt der Fahrzeuganhaltedetektor 82 der Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 ein Fahrzeuganhaltedetektionssignal Sstop zu.
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Zum Bestimmen eines elektrischen Hilfsstroms Ia für den Motor 24, welcher dem Hilfsdrehmoment Ta entspricht, nimmt die Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 Bezug auf Kennlinien (später beschrieben), welche in der Speichereinheit 78 (Kennlinienspeichereinheit) gespeichert sind, basierend auf der Winkelverschiebung (mechanischer Motorwinkel) θrm des Rotors 23, dem geschätzten Lenkwinkel θsc, der geschätzten Lenkwinkelgeschwindigkeit θsc', dem Anomaliedetektionssignal Sab, der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs und dem Bremsbetätigungssignal Sb sowie dem Drehmoment Tr und der Lenkwinkelgeschwindigkeit θs'. Die Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 bestimmt dann einen elektrischen Hilfsstrom Ia durch Ausführen eines Programms und führt den bestimmten elektrischen Hilfsstrom Ia durch einen Kabelbaum 93 den Spulen in den jeweiligen Phasen des Stators des Motors 24 zu.
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Der Motor 24 erzeugt ein Hilfsdrehmoment Ta, welches von dem zugeführten elektrischen Hilfsstrom Ia abhängt, und wendet das erzeugte Hilfsdrehmoment Ta auf die Ausgangswelle 42 durch den Drehzahluntersetzungsgetriebemechanismus 26 an, wodurch ein Lenkhilfsdrehmoment für die Lenkwelle 14 erzeugt wird.
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Charakteristische Betriebsarten der elektrischen Servolenkungsvorrichtung 10 gemäß der im Wesentlichen wie vorangehend beschrieben aufgebauten und betriebenen vorliegenden Ausführungsform werden nachfolgend durch Bezugnahme auf das Flussdiagramm usw. beschrieben werden.
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[Erstes erfinderisches Beispiel]
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3 ist ein einen Betriebsablauf eines ersten erfinderischen Beispiels und eines zweiten erfinderischen Beispiels veranschaulichendes Flussdiagramm. Der Betriebsablauf gemäß dem Flussdiagramm wird wiederholt in vorgegebenen Zeitintervallen ausgeführt.
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Die ECU 22 führt einen Lenkwinkel-Schätzprozess (Geschätzter-Lenkwinkel-Berechnungsprozess) in den Schritten S1 bis S3 unabhängig davon durch, ob der Drehmomentsensor 20 und der Lenkwinkelsensor 19 anomal oder normal sind.
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Im Schritt S1 integriert der Rotorwinkelverschiebung-Detektionsschaltkreis 76 die von dem Koordinatenwandler 58 detektierte Winkelverschiebung θr (elektrischer Winkel des Rotors 23), um einen elektrischen Motorwinkel θre zu berechnen.
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Im Schritt S2 multipliziert dann der Rotorwinkelverschiebung-Detektionsschaltkreis 76 den berechneten elektrischen Motorwinkel θre mit der Anzahl von Polenpaaren des Koordinatenwandlers 58, um einen mechanischen Motorwinkel θrm zu berechnen, welcher die Winkelverschiebung des Rotors 23 (Drehwelle 25) darstellt (d. h. er wandelt den elektrischen Motorwinkel θre in den mechanischen Motorwinkel θrm um), gemäß der folgenden Gleichung (1) und führt den mechanischen Motorwinkel θrm der Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 und dem Lenkwinkelgeschwindigkeitsrechner 74 zu. Mechanischer Motorwinkel = elektrischer Motorwinkel × Anzahl der Polenpaare des Koordinatenwandlers θrm = θre × Anzahl der Polenpaare des Koordinatenwandlers (1)
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Im Schritt S3 wandelt die Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 oder/und der Rotorwinkelverschiebung-Detektionsschaltkreis 76 dann den berechneten mechanischen Motorwinkel θrm in einen Lenkwinkel (geschätzter Lenkwinkel) θsc der Lenkwelle 14 gemäß der folgenden Gleichung (2) um. Geschätzter Lenkwinkel = mechanischer Motorwinkel × (Verhältnis der Drehwelle des Motors 24 und der Drehwelle des Lenksystems 18) = mechanischer Motorwinkel × Drehzahluntersetzungsverhältnis des Drehzahluntersetzungsgetriebemechanismus 26 θsc = θrm × Drehzahluntersetzungsverhältnis des Drehzahluntersetzungsgetriebemechanismus 26 (2)
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Das Drehzahluntersetzungsverhältnis des Drehzahluntersetzungsgetriebemechanismus 26 wird auf einen Wert von 1/20 in der vorliegenden Ausführungsform eingestellt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird insbesondere ein mechanischer Motorwinkel θsm von 360 [deg] in einen geschätzten Lenkwinkel θsc von 18 (= 360/20) [deg] konvertiert, welcher eine Schätzung der Rotation des Lenkrads 12 (Ausgangswelle 42) ist. Ebenso entspricht die Motordrehzahl N, z. B. N = 2 [rps], welche die Drehzahl pro Sekunde des Rotors 23 des Motors 24 darstellt, der Drehzahl (geschätzte Lenkdrehzahl) Nsc = 0.1 (= 2/20) [rps] des Lenkrads 12 (Ausgangswelle 42).
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Die geschätzte Lenkdrehzahl Nsc = 0.1 [rps] des Lenkrads 12 (Ausgangswelle 42) entspricht einer geschätzten Lenkwinkelgeschwindigkeit θsc' = 36 (0.1 [rps] × 360 [deg]) [deg/s]. Daher existiert eine Eins-zu-Eins-Entsprechung zwischen der Motordrehzahl N und der geschätzten Lenkwinkelgeschwindigkeit (Drehwinkelgeschwindigkeit) θsc'. Beispielsweise entspricht eine Motordrehzahl N = 2 [rps] einer geschätzten Lenkwinkelgeschwindigkeit θsc' = 36 [deg/s].
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Die Motordrehzahl N und die geschätzte Lenkdrehzahl Nsc werden von der Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 berechnet.
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Wie in 1 gezeigt, dreht sich, wenn sich die Ausgangswelle 42 einstimmig mit der an dem Lenkrad 12 befestigten Lenkwelle 14 dreht, das Schneckenradgetriebe 56, welches koaxial an die Ausgangswelle 42 gesichert ist, einstimmig damit. Das Schneckengetriebe 54 wird gedreht, wodurch die Drehwelle 25 (Rotor 23) des Motors 24, welche an das Schneckengetriebe 54 befestigt ist, einstimmig damit gedreht wird. Eine Drehung des Rotors 23 wird von dem Koordinatenwandler 58 detektiert. Als ein Ergebnis davon ist es möglich, einen geschätzten Lenkwinkel θsc zu berechnen (detektieren), welcher den Lenkwinkel θs schätzt und die Winkelverschiebung des Lenkrads 12 darstellt, basierend auf der von dem Koordinatenwandler 58 detektierten Winkelverschiebung θr.
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Der Lenkwinkel 8s und der geschätzte Lenkwinkel θsc werden positiv, wenn das Lenkrad 12 nach rechts gedreht wird, und werden negativ, wenn das Lenkrad 12 nach links gedreht wird. Um nach rechts abzubiegen, während das Fahrzeug in gerader Richtung fährt (θs = θsc = 0 [deg]), dreht der Fahrer das Lenkrad 12 nach rechts, wodurch das Lenkrad 12 gedreht wird, und dreht anschließend das Lenkrad 12 nach links, wodurch das Lenkrad 12 in eine neutrale Position zurückgedreht wird, so dass das Fahrzeug zurück gelenkt wird, um in gerader Richtung zu fahren. Daher impliziert grundsätzlich ein Drehen des Lenkrads 12 nach rechts, wenn der Fahrer nach rechts abbiegt, während das Fahrzeug in gerader Richtung fährt, und dann das Fahrzeug zurück lenkt, um in gerader Richtung zu fahren, ein Drehen des Lenkrads 12, während ein Drehen des Lenkrads 12 nach links ein Zurückdrehen des Lenkrads 12 in die neutrale Position impliziert.
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Um nach links abzubiegen, während das Fahrzeug in gerader Richtung (θs = θsc = 0 [deg]) fährt, dreht der Fahrer das Lenkrad 12 zuerst nach links, wodurch das Lenkrad 12 gedreht wird, und dreht anschließend das Lenkrad 12 nach rechts, wodurch das Lenkrad 12 zurückgedreht wird, so dass das Fahrzeug zurück gelenkt wird, um in gerader Richtung zu fahren. Daher impliziert grundsätzlich ein Drehen des Lenkrads 12 nach links, wenn der Fahrer nach links abbiegt, während das Fahrzeug in gerader Richtung fährt und dann das Fahrzeug zurück lenkt, um in gerader Richtung zu fahren, ein Drehen des Lenkrads 12 und ein Drehen des Lenkrads 12 nach rechts impliziert ein Zurückdrehen des Lenkrads 12 in die neutrale Position.
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Wenn das Lenkrad 12 nach rechts gedreht wird, während das Fahrzeug in gerader Richtung fährt (das Lenkrad 12 ist neutral), weist der Lenkwinkel θs (geschätzter Lenkwinkel θsc) einen positiven Wert auf. Weiterhin weist, wenn das Lenkrad 12 nach links gedreht wird, während das Fahrzeug in gerader Richtung fährt (das Lenkrad 12 ist neutral), der Lenkwinkel θs (geschätzter Lenkwinkel θsc) einen negativen Wert auf. Da das Vorliegen positiver und negativer Vorzeichen dazu neigt, die Berücksichtigung der Größe der Winkel schwierig zu gestalten, soll in dem nachfolgenden Beispiel, sofern nicht anders angegeben, ein Fall beschrieben werden, in welchem der Fahrer nach rechts abbiegt, während das Fahrzeug in gerader Richtung fährt und der Fahrer dann das Fahrzeug zurück lenkt, um in gerader Richtung zu fahren (der erste Quadrant eines Koordinatensystems, welches die Lenkhilfskennlinie darstellt). In einem solchen Beispiel sind der Lenkwinkel θs und der geschätzte Lenkwinkel θsc beide positiv.
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Gemäß den Prozessen der Schritte S1 bis S3 können, selbst wenn der Lenkwinkelsensor 19 und der Drehmomentsensor 20 anomal werden, der Rotorwinkelverschiebung-Detektionsschaltkreis 76, der Lenkwinkelgeschwindigkeitsrechner 74 und die Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 einen geschätzten Lenkwinkel θsc [deg], welcher den Lenkwinkel θs [deg] schätzt, und eine geschätzte Lenkwinkelgeschwindigkeit θsc' [deg/s] basierend auf der durch den Koordinatenwandler 58 detektierten Winkelverschiebung θr bestimmen.
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Die auf das Lenkrad 12 durch Erregen des Motors 24 angewendete Lenkhilfskraft kann grundsätzlich in einer Richtung auferlegt werden, in welcher sich der Lenkwinkel θs oder der geschätzte Lenkwinkel θsc ändert.
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Im Schritt S4 detektiert die Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 dann, ob ein Anomaliedetektionssignal Sab von dem Anomaliedetektor 80 zugeführt worden ist oder nicht. Wenn die Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 ein den Drehmomentsensor 20 und den Lenkwinkelsensor 19 betreffendes Anomaliedetektionssignal Sab im Schritt S4 detektiert, führt die Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 dann den Verarbeitungsablauf von Schritt S5 aus. Im Falle eines offenen Schaltkreises oder eines Kurzschlusses des Kabelbaums 91 ist es wahrscheinlich, dass der Drehmomentsensor 20, welcher, wie in 1 gezeigt, den Lenkwinkelsensor 19 darin aufnimmt, einen Stromausfall erlitten hat, was dazu führt, dass die Ausgangssignale von dem Lenkwinkelsensor 19 und dem Drehmomentsensor 20 gleichzeitig anomal werden.
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Wenn die Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 kein Anomaliesignal Sab im Schritt S4 detektiert, wird dann ein normaler Prozess (Normaler-Modus-Hilfsprozess) im Schritt S10 ausgeführt. Während des normalen Prozesses wird die Lenkhilfskraft wie vorangehend beschrieben angewendet, da der Drehmomentsensor 20 und der Lenkwinkelsensor 19 normal sind.
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Die Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 nimmt insbesondere Bezug (sucht nach) auf eine in der Speichereinheit 78 gespeicherte Kennlinie (auch als „Elektrischer-Basishilfsstrom-Kennlinie” oder „Basishilfskennlinie” bezeichnet) 101, welche, wie in 4A gezeigt, einen elektrischen Basishilfsstrom Ia [A] gegen ein Lenkdrehmoment Tr [kgfcm] bezüglich eines die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs darstellenden Parameters darstellt, und die Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 berechnet grundsätzlich einen mit abnehmender Fahrzeuggeschwindigkeit Vs zunehmenden elektrischen Basishilfsstrom Ia. Die Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 erregt dann den Motor 24 mit dem berechneten elektrischen Basishilfsstrom Ia.
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Wenn die Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 im Schritt S4 ein Anomaliesignal Sab detektiert, welches anzeigt, dass der Drehmomentsensor 20 oder dergleichen anomal ist, wird dann ein Anomaler-Modus-Hilfsprozess im Schritt S5 ausgeführt.
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Im Schritt S5 nimmt die Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 Bezug auf (sucht nach) eine in der Speichereinheit 78 gespeicherte Kennlinie (auch als „Elektrischer-Basishilfsstrom-Kennlinie” oder „Basishilfskennlinie” bezeichnet) 102, welche, wie in 4B gezeigt, einen elektrischen Basishilfsstrom Ia [A] gegen den Lenkwinkel θsc darstellt. Die Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 berechnet einen elektrischen Basishilfsstrom Ia und erregt dann den Motor 24 mit dem berechneten Basishilfsstrom Ia.
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Die Elektrischer-Basishilfsstrom-Kennlinie 102 kann als eine Karte in der Speichereinheit 78 gespeichert sein oder kann als eine Berechnungsformel in der Speichereinheit 78 gespeichert sein. Wenn die Elektrischer-Basishilfsstrom-Kennlinie 102 als eine Karte diskreter Werte in der Speichereinheit 78 zu speichern ist, sollten dann Werte zwischen derartigen diskreten Werten vorzugsweise gemäß einem Interpolationsprozess bestimmt werden.
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Wie in 4B gezeigt, stellt, wenn sich der Lenkwinkel θsc [deg] in der Nähe einer neutralen. Position in einem Bereich von 0 [deg] bis zu einem Tote-Zone-Lenkwinkel θd [deg] (welcher von 0 bis 10 [deg] reicht, aber auf 10 [deg] in der vorliegenden Ausführungsform eingestellt ist) befindet, die Elektrischer-Basishilfsstrom-Kennlinie 102 einen Basishilfsstrom Ia = 0 [A] dar (kein Hilfsstrom Ia wird zugeführt). Wenn der Lenkwinkel θsc [deg] gleich oder größer als der Tote-Zone-Lenkwinkel θd [deg] ist, stellt die Elektrischer-Basishilfsstrom-Kennlinie 102 einen Hilfsstrom dar, welcher mit zunehmendem Lenkwinkel θsc zunimmt, d. h. welcher im Wesentlichen proportional mit dem Lenkwinkel θsc zunimmt. Wenn der Lenkwinkel θsc viel größer ist, stellt die Elektrischer-Basishilfsstrom-Kennlinie 102 einen Basishilfsstrom Ia dar, welcher mit einer verminderten Rate zunimmt. Wenn der Lenkwinkel θsc in der Nähe von oder größer als 180 [deg] ist, stellt die Elektrischer-Basishilfsstrom-Kennlinie 102 einen Basishilfsstrom Ia dar, welcher einen konstanten Wert aufweist, d. h. welcher einen gesättigten Wert aufweist.
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Der Verarbeitungsablauf von Schritt S1 bis Schritt S5 stellt einen Betriebsablauf gemäß dem ersten erfinderischen Beispiel dar. Die elektrische Servorlenkungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten erfinderischen Beispiel umfasst den Drehmomentsensor 20 als einen Drehmomentdetektor zum Detektieren eines in dem Lenksystem 18 erzeugten Drehmoments Tr, den Motor 24 zum Anwenden eines Hilfsdrehmoments auf die als eine Drehwelle des Lenksystems 18 dienende Ausgangswelle 42, den Koordinatenwandler 58 als einen Rotorwinkelverschiebungsdetektor zum Detektieren einer Winkelverschiebung θr des Rotors 23 des Motors 24 und die Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 zum Regeln/Steuern eines elektrischen Stroms zum Erregen des Motors 24 basierend auf dem von dem Drehmomentsensor 20 detektierten Drehmoment Tr (Schritt S10), wobei die elektrische Servorlenkungsvorrichtung 10 gekennzeichnet ist durch einen Anomaliedetektor 80 zum Detektieren, ob der Drehmomentsensor 20 und der Drehmoment-Detektionsschaltkreis 72 anomal geworden sind. Der Anomaliedetektor 80 detektiert eine Anomalie des Drehmomentsensors 20 oder des Drehmoment-Detektionsschaltkreises 72 und die Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 berechnet einen geschätzten Lenkwinkel θsc basierend auf einem elektrischen Motorwinkel θre, welcher einen integrierten Wert der von dem Koordinatenwandler 58 detektierten Winkelverschiebung θr darstellt, berechnet einen elektrischen Basishilfsstrom Ia [A] durch Bezugnahme auf die Kennlinie 102, welche den elektrischen Basishilfsstrom Ia [A] gegen den geschätzten Lenkwinkel θsc darstellt, und erregt den Motor 24 mit dem berechneten elektrischen Basishilfsstrom Ia [A].
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Selbst im Falle einer Anomaliebedingung, in welcher basierend auf dem Anomaliedetektionssignal Sab detektiert wird, dass der Drehmomentsensor 20 oder der Drehmoment-Detektionsschaltkreis 72 anomal sind und der Drehmomentsensor 20 versagt, das Lenkdrehmoment Tr zu detektieren, wird ein Lenkhilfsregelungs/-steuerungsprozess ausgeführt, um den elektrischen Hilfsstrom Ia basierend auf der elektrischen Basishilfsstromkennlinie 102 zuzuführen, um den Motor 24 zu erregen, wodurch eine Lenkhilfskraft auf das Lenkrad 12 angewendet wird. Der Lenkhilfsregelungs/-steuerungsprozess ist jedoch ein provisorischer Hilfsprozess, welcher nur im Falle einer Anomalie stattfindet und welcher verschiedene Einschränkungen aufweist, wie später beschrieben werden wird.
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Wenn der Drehmomentsensor 20 normal ist und das Ausgangssignal von dem Drehmomentsensor 20 im Wesentlichen Null ist und der Wert der von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 86 detektierten Fahrzeuggeschwindigkeit Vs eine im Wesentlichen konstante Geschwindigkeit für eine vorgegebene Zeitdauer darstellt, wird ein Mittelpunkt-(Neutraler)-Korrekturprozess ausgeführt, um den gespeicherten Wert des geschätzten Lenkwinkels θsc zu aktualisieren, welcher der von dem Koordinatenwandler 58 als Null (0[deg]) ausgegebenen Winkelverschiebung θr entspricht.
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Da die unter Verwendung des Rotorwinkelverschiebung-Detektionsschaltkreises 76 erzeugte Lenkhilfskraft gemäß einem provisorischen Lenkhilfsprozess angewendet wird, wird, wenn der Anomaliedetektor 80 eine Anomalie des Drehmomentsensors 20 oder dergleichen detektiert, der auf der Anomalie basierende provisorische Lenkhilfsprozess dem Bediener (Fahrer) mittels eines Sprachsignals oder eines visuellen Signals angezeigt. Der Bediener (Fahrer) kann das Fahrzeug zu einem sicheren Ort fahren, während die Hilfskraft durch den provisorischen elektrischen Servolenkungsprozess basierend auf der Winkelverschiebung θr des Rotors 23 des Motors 24 erzeugt wird.
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Die von dem provisorischen elektrischen Servolenkungsprozess erzeugte Hilfskraft hat verschiedene Einschränkungen im Vergleich zu dem im Schritt S21 durchgeführten Normaler-Modus-Hilfsprozess, bei welchem der Drehmomentsensor 20 oder dergleichen normal ist.
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[Zweites erfinderisches Beispiel]
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Ein in den Schritten S6 bis S9 stattfindender Elektrischer-Strom-Abklingprozess wird nachfolgend als stellvertretend für eine derartige Einschränkung beschrieben werden.
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5 zeigt eine Dreh-Elektrischer-Strom-Abklingkennlinie (auch als „Dreh-Modus-Elektrischer-Strom-Abklingkennlinie” bezeichnet) 103 und eine Rückdreh-Elektrischer-Strom-Abklingkennlinie (auch als „Rückdreh-Modus-Elektrischer-Strom-Abklingkennlinie” bezeichnet) 104, welche in der Speichereinheit 78 für eine Verwendung in dem Elektrischer-Strom-Abklingprozess gespeichert sind. 5 zeigt auch einen Teil der in 4B gezeigten Elektrischer-Basishilfsstrom-Kennlinie 102. Um das Verständnis des zweiten erfinderischen Beispiels zu erleichtern, werden die in dem ersten Quadranten in 5 gezeigten Kennlinien (Kennlinien entlang einer Rechtsdrehrichtung von 0 [deg] bis zu größeren positiven Werten entlang der horizontalen Achse und entlang einer Linksdrehrichtung von größeren positiven Werten bis zu kleineren positiven Werten nahe 0 [deg] entlang der horizontalen Achse) nachfolgend beschrieben werden.
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Im in 3 gezeigten Schritt S6 wird beurteilt, ob der elektrische Hilfsstrom Ia zugeführt und das Lenkrad 12 gedreht wird oder nicht, basierend auf der als die Ableitung des geschätzten Lenkwinkels θsc definierten geschätzten Lenkwinkelgeschwindigkeit θsc'. Die geschätzte Lenkwinkelgeschwindigkeit θsc' wird von dem Lenkwinkelgeschwindigkeitsrechner 74 oder der Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 berechnet.
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Wenn die geschätzte Lenkwinkelgeschwindigkeit θsc' positiv ist (θsc' > 0), wird entschieden, dass das Lenkrad 12 gedreht wird. Ein elektrischer Hilfsstrom Ia wird gemäß der Dreh-Elektrischer-Strom-Abklingkennlinie 103 bestimmt, und der Motor 24 wird mit dem bestimmten elektrischen Hilfsstrom Ia erregt.
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In 5 ist der Hilfsbetrag der Dreh-Elektrischer-Strom-Abklingkennlinie 103, welche als eine strichpunktierte Kurve angedeutet ist (elektrischer Hilfsstrom Ia), kleiner als die als eine durchgehende Kurve angedeutete Elektrischer-Basishilfsstrom-Kennlinie 102 bei dem gleichen geschätzten Lenkwinkel θsc, um zu verhindern, dass das Lenkrad 12 übermäßig gedreht wird. Während der Fahrer kontinuierlich das Lenkrad 12 in eine Richtung dreht, misst die Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 eine Zeit von dem Beginn der Drehung des Lenkrads 12 (als „Kontinuierliches-Lenken-Zeit tr” in einer Richtung bezeichnet) mit dem Zeitgeberabschnitt 85 und berechnet ein Verhältnis (als „Kontinuierliches-Lenken-Verringerungsverhältnis” oder als „Kontinuierliches-Lenken-Verringerungsanteil” bezeichnet), wobei Rc ein Wert im Bereich von 1 (keine Verringerung) bis 0 (Null elektrischer Hilfsstrom Ia) ist, durch Bezugnahme auf die in 6 gezeigte Kontinuierliches-Lenken-Zeit-Verringerung-Kennlinie 105.
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Wenn detektiert wird, dass das Fahrzeug kontinuierlich gelenkt wird, wird dann der basierend auf dem geschätzten Lenkwinkel θsc von der Elektrischer-Basishilfsstrom-Kennlinie 102 berechnete Hilfsstrom Ia mit dem der Kontinuierliches-Lenken-Zeit tr entsprechenden Kontinuierliches-Lenken-Verringerungsverhältnis Rc multipliziert, wodurch ein abgeklungener (verringerter) elektrischer Hilfsstrom Ia gemäß der folgenden Gleichung (3) erzeugt wird. Ia ← Ia × Rc (3)
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Ia auf der rechten Seite von Gleichung (3) stellt den elektrischen Basishilfsstrom auf der Elektrischer-Basishilfsstrom-Kennlinie 102 dar und Ia auf der linken Seite von Gleichung (3) stellt den auf der Dreh-Elektrischer-Strom-Abklingkennlinie 103 basierenden abgeklungenen (verringerten) elektrischen Hilfsstrom Ia dar.
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Das Kontinuierliches-Lenken-Verringerungsverhältnis Rc, welches durch die in 6 gezeigte Kontinuierliches-Lenken-Zeit-Verringerung-Kennlinie 105 dargestellt wird, ist so definiert, dass der elektrische Hilfsstrom Ia um 10% in einer Sekunde (1 [s]) verringert wird. Daher wird dann, wenn detektiert wird, dass das Lenkrad 12 kontinuierlich in einer Richtung für 10 [s] oder länger gedreht wird, der elektrische Hilfsstrom Ia Null.
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Daher wird dann im Schritt S7, wenn das Lenkrad 12 kontinuierlich in eine Richtung während des Dreh-Elektrischer-Strom-Abklingprozesses kontinuierlich gedreht wird, das Lenkrad 12 gemäß der Dreh-Elektrischer-Strom-Abklingkennlinie 103 unterstützt, deren Hilfsbetrag (elektrischer Hilfsstrom Ia) kleiner als der der Elektrischer-Basishilfsstrom-Kennlinie 102 ist.
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Um zu verhindern, dass ein übermäßig großer elektrischer Hilfsstrom zugeführt wird, wenn das Lenkrad 12 gedreht wird, wird der elektrische Hilfsstrom Ia auf einen maximal zulässigen elektrischen Hilfsstrom Iamax {Bezug zu dem Koordinatenpunkt 106 (θscth, Iamax) in 6} begrenzt, wenn der geschätzte Lenkwinkel θsc einen Wert aufweist, welcher gleich oder größer als ein Schwellwert-Lenkwinkel θscth ist.
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Im Schritt S8 wird beurteilt, ob ein Absolutwert der geschätzten Lenkwinkelgeschwindigkeit θsc' (θsc' = dθsc/dt) einen Wert aufweist, welcher gleich oder kleiner als ein Wert von im Wesentlichen 0 ist (θsc' ≈ 0 [deg/s]) oder in dem zweiten erfinderischen Beispiel als eine Schwellwert-Lenkwinkelgeschwindigkeit θsc'th = 7.2 [deg/s] (eine daraus umgewandelte Lenkdrehzahl Nse = 0.02 [rps] oder eine daraus umgewandelte Motordrehzahl N = 0.4 [rps]), beispielsweise (θsc' ≤ θsc'th = 7.2). Wenn die Antwort auf Schritt S8 positiv ist, wird der Rückdreh-Elektrischer-Strom-Abklingprozess im Schritt S9 ausgeführt, um die Rückdrehbewegung des Lenkrads 12 zu fördern, wenn das Lenkrad 12 zurückgedreht wird.
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Während der Rückdreh-Elektrischer-Strom-Abklingprozess im Schritt S9 ausgeführt wird, wird ein elektrischer Hilfsstrom Ia gemäß einer Rückdreh-Elektrischer-Strom-Abklingkennlinie 104, wie in 5 gezeigt, bestimmt, und der Motor 24 wird mit dem berechneten elektrischen Hilfsstrom Ia erregt.
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Gemäß der Rückdreh-Elektrischer-Strom-Abklingkennlinie 104 wird der elektrische Hilfsstrom Ia (Ia = Ia1 in 5) allmählich (z. B. proportional und automatisch) von einem elektrischen Hilfsstrom Ia = Ia1 {Koordinatenpunkt 107 (θsc1, Ia1)} bei dem geschätzten Lenkwinkel θsc = θsc1, wenn die geschätzte Lenkwinkelgeschwindigkeit θsc' einen Wert aufweist, welcher gleich oder kleiner als die Schwellwert-Lenkwinkelgeschwindigkeit θsc'th ist, auf Null während der von dem Zeitgeberabschnitt 85 gemessenen Zeit von ungefähr einer Sekunde verringert. Zu diesem Zeitpunkt wird der geschätzte Lenkwinkel θsc gemäß der Rückdreh-Elektrischer-Strom-Abklingkennlinie 104 aufgrund eines SAT (self aligning torque) nach links zurückgedreht, welches eine Kraft ist, die auf das Fahrzeug wirkt, während das Fahrzeug in Bewegung ist, und welches das Lenkrad 12 (Lenksystem 18) zu einer geraden Fahrtrichtung (neutrale Position) zurückdreht.
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Gemäß dem zweiten erfinderischen Beispiel umfasst die elektrische Servolenkungsvorrichtung 10 auch den Lenkwinkelgeschwindigkeitsrechner 74 oder die Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 zum Berechnen einer geschätzten Lenkwinkelgeschwindigkeit θsc' der als die Drehwelle des Lenksystems 18 dienenden Ausgangswelle 42. Wenn das Lenkrad 12 zurückgedreht wird, verringert (begrenzt) die Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 den elektrischen Hilfsstrom Ia, welcher den Motor 24 gemäß der Rückdreh-Elektrischer-Strom-Abklingkennlinie 104 zu einem Zeitpunkt erregt {deren Gradient sich in Abhängigkeit der Last (Frontachsenlast des Fahrzeugs), der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs und Straßenbedingungen für jedes einzelne Fahrzeug ändert}, zu dem die von dem Lenkwinkelgeschwindigkeitsrechner 74 berechnete geschätzte Lenkwinkelgeschwindigkeit θsc' in der Nähe von Null ist (z. B. die Schwellwert-Lenkwinkelgeschwindigkeit θsc'th = 7.2 [deg/s]), wodurch verhindert wird, dass ein übermäßig großer elektrischer Hilfsstrom zugeführt wird.
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Im Falle, dass der mit dem Drehmomentsensor 20 verbundene Lenkwinkelsensor 19 oder ein unabhängig von dem Drehmomentsensor 20 bereitgestellter Lenkwinkelsensor normal arbeitet, kann der von dem Lenkwinkelsensor 19 oder dem unabhängigen Lenkwinkelsensor ausgegebene Lenkwinkel θs differenziert werden, wodurch die Lenkwinkelgeschwindigkeit θs' berechnet wird, um den Elektrischer-Strom-Abklingprozess auszuführen.
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[Drittes erfinderisches Beispiel, Viertes erfinderisches Beispiel]
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Ein Fahrzeuggeschwindigkeitsverhältnis-Korrekturprozess gemäß einem dritten erfinderischen Beispiel und ein Fahrzeuggeschwindigkeit-Elektrischer-Strom-Begrenzungsprozess gemäß einem vierten erfinderischen Beispiel zum Korrigieren des elektrischen Basishilfsstroms Ia wird nachfolgend durch Bezugnahme auf das in 7 gezeigte Flussdiagramm beschrieben werden.
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Mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit nimmt das SAT zu und der elektrische Hilfsstrom muss in einem Bereich mittlerer Fahrzeuggeschwindigkeit und einem Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit im Vergleich zu einem Bereich niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht werden.
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Daher ist es bevorzugt, dass die in 4B gezeigte Elektrischer-Basishilfsstrom-Kennlinie 102 in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs geändert (korrigiert) wird.
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8 zeigt eine in der Speichereinheit 78 gespeicherte Fahrzeuggeschwindigkeitsverhältnis-Kennlinie 109 zum Korrigieren der von der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs abhängenden Elektrischer-Basishilfsstrom-Kennlinie 102. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein durch die Fahrzeuggeschwindigkeitsverhältnis-Kennlinie 109 dargestelltes Verhältnis R auf R ≈ 0.5 eingestellt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs Vs ≈ 40 [km/h] beträgt und wird auf R ≈ 1 eingestellt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs Vs ≈ 80 [km/h] beträgt, wobei dazwischen das Verhältnis R proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit Vs zunimmt. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs gleich oder größer als Vs = 80 [km/h] wird, wird das Verhältnis R auf R ≈ 1 fest eingestellt. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs gleich oder kleiner als Vs = 10 [km/h] wird, wird das Verhältnis R auf R ≈ 0.2 fest eingestellt.
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Ein elektrischer Hilfsstrom Ias, welcher in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs korrigiert wird, wird gemäß der folgenden Gleichung (4) bestimmt. Ias = elektrischer Basishilfsstrom × Verhältnis = Ia × R (4)
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Wie vorangehend beschrieben, muss der elektrische Hilfsstrom im Vergleich zum Bereich niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit im Bereich mittlerer Fahrzeuggeschwindigkeit und im Bereich hoher Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht werden. Im Hinblick auf die Tatsache, dass der lenkbare Winkelbereich mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit Vs kleiner wird und die Lenkhilfskraft basierend auf der Winkelverschiebung θr des Koordinatenwandlers 58 geregelt/gesteuert wird, ist jedoch herausgefunden worden, dass es bevorzugt ist, um übermäßig große elektrische Ströme zu verhindern, einen Elektrischer-Strom-Begrenzungswert Imax einzuführen, welcher einen Maximalwert (Begrenzungswert) für den elektrischen Hilfsstrom bei jedem Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs definiert.
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9 zeigt eine in der Speichereinheit 78 gespeicherte Fahrzeuggeschwindigkeit-Elektrischer-Strom-Begrenzung-Kennlinie 108. Gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit-Elektrischer-Strom-Begrenzung-Kennlinie 108 ist herausgefunden worden, dass der Elektrischer-Strom-Begrenzungswert Imax vorzugsweise auf einen ersten konstanten Wert Imax1 innerhalb eines Fahrzeuggeschwindigkeitsbereichs Vs = 0 bis 20 [km/h] eingestellt werden soll und allmählich innerhalb eines Fahrzeuggeschwindigkeitsbereichs Vs = 20 bis 30 [km/h] erhöht werden soll und auf einen zweiten konstanten Wert Imax2 innerhalb eines Fahrzeuggeschwindigkeitsbereichs Vs = 30 bis 60 [km/h] eingestellt werden soll und allmählich innerhalb eines Fahrzeuggeschwindigkeitsbereichs Vs = 60 bis 120 [km/h] verringert werden soll und auf einen dritten konstanten Wert Imax3 innerhalb eines Fahrzeuggeschwindigkeitsbereichs Vs von 120 [km/h] oder größer (Imax3 < Imax1 < Imax2) eingestellt werden soll.
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Gemäß dem in 7 gezeigten Flussdiagramm wird nach dem Schritt S5, aber vor dem Schritt S6 ein Prozess zum Korrigieren des elektrischen Basishilfsstroms Ia gemäß dem dritten erfinderischen Beispiel ausgeführt.
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Nachdem die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 86 im Schritt S11 detektiert wird, wird im Schritt S12 die in 8 gezeigte Fahrzeuggeschwindigkeitsverhältnis-Kennlinie 109 gesucht (Bezug genommen auf), und der in 4B gezeigte elektrische Basishilfsstrom Ia wird mit dem Verhältnis R gemäß Gleichung (4) multipliziert, wodurch ein in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs korrigierter elektrischer Hilfsstrom Ia berechnet wird.
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In 10 stellen die durchgehenden Kennlinien 110, 150, 180, 220 jeweilige elektrische Hilfsströme Ias dar, welche in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs korrigiert werden, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs beispielsweise 10 [km/h] bzw. 50 [km/h] bzw. 80 [km/h] bzw. 120 [km/h] beträgt.
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Gemäß dem dritten erfinderischen Beispiel umfasst die elektrische Servolenkungsvorrichtung 10 die Speichereinheit 78, welche im Voraus die Kennlinie (Elektrischer-Basishilfsstrom-Kennlinie 102) speichert, welche die Beziehung zwischen dem aus der Winkelverschiebung θr des Rotors 23 bestimmten geschätzten Lenkwinkel θsc und dem elektrischen Hilfsstrom zum Erregen des Motors 24 definiert, und die Fahrzeuggeschwindigkeitverhältnis-Kennlinie 109 speichert, und den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 86, welcher als Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor fungiert, welcher die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs eines Fahrzeugs detektiert, in welches die elektrische Servolenkungsvorrichtung 10 eingebaut ist. Wenn der Anomaliedetektor 80 eine Anomalie des Drehmomentsensors 20 oder dergleichen detektiert, erhält die Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 einen elektrischen Basishilfsstrom Ia zum Erregen des Motors 24 durch Bezugnahme auf die in der Speichereinheit 78 gespeicherte Kennlinie 102 und basierend auf dem geschätzten Lenkwinkel θsc, welcher basierend auf der Winkelverschiebung θr des Rotors 23 berechnet wird, welche von dem Koordinatenwandler 58 als dem Rotorwinkelverschiebungsdetektor detektiert wird. Die Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 korrigiert dann den elektrischen Basishilfsstrom Ia basierend auf der von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 86 detektierten Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, wodurch ein elektrischer Hilfsstrom Ias zum Erregen des Motors 24 erzeugt wird, welcher in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs korrigiert worden ist. Dementsprechend kann eine Lenkhilfskraft innerhalb eines gesamten Fahrzeuggeschwindigkeitsbereichs angewendet werden, in welchem die Lenkhilfskraft benötigt wird.
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[Betriebsarten des vierten erfinderischen Beispiels]
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Im Schritt S14 wird beurteilt, ob der Wert des elektrischen Hilfsstroms Ias, welcher in Abhängigkeit der im Schritt S13 bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit Vs korrigiert wird, größer als der elektrische Strombegrenzungswert Imax (Imax1, Imax2, Imax3) ist, welcher gemäß der in 9 gezeigten Fahrzeuggeschwindigkeit-Elektrischer-Strom-Begrenzung-Kennlinie 108 bei der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs bestimmt wird. Wenn Ias > Imax, wird dann im Schritt S15 der elektrische Hilfsstrom Ias auf den der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs entsprechenden elektrischen Strombegrenzungswert Imax begrenzt. Wenn Ias ≤ Imax, wird dann der elektrische Hilfsstrom Ias wie er ist verwendet.
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In 10 stellen die durchgehenden Kennlinien 110, 150, 180, 220 jeweilige elektrische Ströme im Hinblick auf das Verhältnis R dar, und die strichlinierten Kennlinien 110a, 150a, 180a, 220a stellen jeweilige elektrische Ströme im Hinblick auf den elektrischen Strombegrenzungswert Imax dar.
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Gemäß dem vierten erfinderischen Beispiel wird, wie vorangehend beschrieben, da die Speichereinheit 78 den von der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs abhängenden elektrischen Strombegrenzungswert Imax als die Kennlinie 108 speichert, eine übermäßig große Ausgangsleistung verringert, und Kennlinien werden erhalten, welche nicht allein durch einen auf dem in 8 gezeigten Verhältnis A basierenden, auf die Fahrzeuggeschwindigkeit bezogenen Regelungs-/Steuerungsprozess eingeführt werden können.
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[Abwandlungen]
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Wenn der Fahrzeuganhaltedetektor 82 entweder eine Fahrzeuggeschwindigkeit Vs = 0 von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 86 oder das Bremsbetätigungssignal Sb von der Festellbremse 88 detektiert, führt der Fahrzeuganhaltedetektor 82 ein Fahrzeuganhaltedetektionssignal Sstop der Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 zu. Zu diesem Zeitpunkt stellt die Motorregelungs-/-steuerungseinheit 84 den elektrischen Hilfsstrom Ia auf Null ein, so dass unnötige Lenkhilfskräfte nicht angewendet werden. Gemäß einer derartigen Abwandlung wird, wenn die Feststellbremse 88 gelöst wird, während die Antriebsstraßenräder von dem Motor oder dergleichen gedreht werden, beispielsweise wenn das Fahrzeug in einer Werkstatt oder dergleichen angehoben wird, der elektrische Hilfsstrom Ia nicht zugeführt, wenn die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 86 detektierte Fahrzeuggeschwindigkeit Vs Vs = 0 beträgt.
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Gemäß der vorangehend beschriebenen Ausführungsform wird, selbst wenn der Drehmomentsensor 20 ausfällt und nicht in der Lage ist, das Lenkdrehmoment Tr zu detektieren, der Lenkwinkel θs unter Verwendung der Winkelverschiebung θr des Rotors 23 geschätzt, welche von dem mit dem Motor 24 verbundenen Koordinatenwandler 58 detektiert wird, und die Lenkwinkelgeschwindigkeit 8s wird auch geschätzt. Eine von dem Motor 24 erzeugte Lenkhilfskraft wird dann basierend auf dem geschätzten Lenkwinkel θsc oder/und der geschätzten Lenkwinkelgeschwindigkeit θsc' angewendet.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorangehende Ausführungsform beschränkt, sondern es können verschiedene alternative Anordnungen basierend auf der Offenbarung der vorliegenden Beschreibung darin vorgesehen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 3055752 [0003, 0031, 0032]
- JP 2830992 [0003, 0031]
- JP 3964414 [0003, 0033]
- JP 4057552 [0003, 0033]
- JP 06-096389 [0004, 0005]
