DE19809421A1 - Steuereinrichtung für eine elektrische Servolenkung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkungssteuereinrichtung zur Unterstützung und Voreinstellung einer Kraftfahrzeuglenkeinrichtung durch das Drehmoment eines Motors.

Fig. 4 ist ein Schaltbild einer herkömmlichen elektrischen Lenkservosteuereinrichtung mit deren Leitungen als Blockschaltbild.

In Fig. 4 wird ein Motor 40 zur Abgabe eines Hilfsdrehmoments an ein Lenkrad (nicht gezeigt) des Fahrzeugs dadurch angetrieben, daß ein Motorstrom IM von einer Batterie 41 geliefert wird.

Eine Brummkomponente des Motorstroms IM wird durch einen Kondensator 42 mit hoher Kapazität (etwa 1000 bis 1300 µF) ausgeglichen, und die Stärke des Motorstroms wird von einem Nebenschlußwiderstand 43 erfaßt.

Weiterhin wird der Motorstrom IM entsprechend der Größe eines Hilfsdrehmoments und dessen Richtung durch eine Brückenschaltung 44 geschaltet, die aus mehreren Halbleiterschaltelementen (beispielsweise FETs) Q1 bis Q4 besteht.

Ein Ende des Kondensators 42 ist über eine Leitung L1 an Masse gelegt. Die Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q4 sind als Brücke geschaltet, durch Leitungen P1 und P2, so daß eine Brückenschaltung 44 ausgebildet wird.

Weiterhin verbinden die Leitungen P1 und P2 die Brückenschaltung 44 mit dem Nebenschlußwiderstand 43. Eine Ausgangsklemme der Brückenschaltung 44 wird durch eine Leitung P3 gebildet.

Der Motor 40 und die Batterie 41 sind an die Brückenschaltung 44 durch einen Verbinder 45 mit mehreren Leitungsanschlußklemmen angeschlossen. Der Motor 40, die Batterie 41 und der Verbinder 45 sind miteinander über externe Leitungen L2 verbunden. Der Motorstrom IM wird über eine Leitung L3 durch ein normalerweise geöffnetes Relais 46 je nach Wunsch ein- und ausgeschaltet. Das Relais 46, der Kondensator 42 und der Nebenschlußwiderstand 43 sind miteinander über eine Leitung P4 verbunden.

Der Verbinder 45 ist über eine Leitung P5 an Masse gelegt. Die Leitung P3, die als Ausgangsklemme der Brückenschaltung 44 dient, ist mit dem Verbinder 45 verbunden.

Der Motor 40 wird über die Brückenschaltung 44 durch eine Treiberschaltung 47 getrieben. Diese Treiberschaltung 47 treibt auch das Relais 46. Die Treiberschaltung 47 ist an eine Erregerwicklung des Relais 46 über eine Leitung L3 angeschlossen, und ist mit der Brückenschaltung 44 über eine Leitung L4 verbunden.

Der Motorstrom IM wird von einer Motorstromerfassungsschaltung 48 festgestellt, die an die beiden Enden des Nebenschlußwiderstands 43 angeschlossen ist. Die Treiberschaltung 47 und die Motorstromerfassungsvorrichtung 48 bilden ein Peripherieschaltungselement eines Mikrocomputers 55, der nachstehend noch genauer erläutert wird.

Ein Lenkdrehmoment T des Lenkrades wird durch einen Drehmomentsensor 50 festgestellt, und eine Fahrzeuggeschwindigkeit V wird durch einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 51 ermittelt.

Der Mikrocomputer 55 berechnet ein Unterstützungsdrehmoment auf der Grundlage des Lenkdrehmomentes T und der Fahrzeuggeschwindigkeit V, und koppelt den Motorstrom IM zurück, um ein Treibersignal entsprechend dem Unterstützungsdrehmoment zu erzeugen, und schickt einen Drehrichtungsbefehl D₀ und einen Stromsteuerbetrag I₀ zum Steuern der Brückenschaltung 44 als Treibersignale an die Treiberschaltung 47.

Der Mikrocomputer 55 ist mit einer Motorstrombestimmungsvorrichtung 56 zur Erzeugung eines Motorstrombefehls Im entsprechend dem Drehrichtungsbefehl D₀ des Motors 40 und dem Unterstützungsdrehmoment versehen, mit einer Subtrahiervorrichtung 57 zur Berechnung einer Stromabweichung ΔI zwischen dem Motorstrombefehl Im und dem Motorstrom IM, und einer PID-Berechnungsvorrichtung 58 zur Berechnung der Kompensationsbeträge einer proportionalen Größe (P), einer integralen Größe (I) und einer differentiellen Größe (D) aus der Stromabweichung ΔI zur Erzeugung des Stromsteuerbetrages I₀ entsprechend einem PWM-Tastverhältnis (Impulsbreitenmodulationstastverhältnis).

Weiterhin weist, obwohl dies nicht dargestellt ist, der Mikrocomputer 55 eine bekannte Selbstdiagnosefunktion zusätzlich zu einem A/D-Wandler, einer PWM-Zeitgeberschaltung und dergleichen auf, und führt ständig eine Selbstdiagnose in der Hinsicht durch, ob das System normal arbeitet oder nicht. Tritt ein anomaler Zustand auf, schaltet der Mikrocomputer 55 sämtliche Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q4 ab, welche die Brückenschaltung 44 bilden, über die Treiberschaltung 47, und öffnet das Relais 46, um den Motorstrom IM zu unterbrechen.

Gleichzeitig kann nach Feststellung der Störung die Art der Störung in einem Speicher (nicht dargestellt) innerhalb der Steuerung gespeichert werden.

Der Mikrocomputer 55 ist mit der Treiberschaltung 47 über die Leitungen L5 verbunden.

Im allgemeinen weisen die Schaltungselemente 42 bis 44, die zwischen dem Motor 40 und der Batterie 41 angeordnet sind, die Leitungen P1 bis P5 und die Leitungen L1 und L2 große Abmessungen auf, um mit dem hohen Motorstrom IM fertig zu werden, angesichts der Wärmeabstrahlung (der Wärmefestigkeit) und der Lebensdauer, wie dies nachstehend noch genauer erläutert wird.

Andererseits sind der Mikrocomputer 55, die Peripherieschaltungselemente einschließlich der Treiberschaltung 47 und der Motorstromerfassungsvorrichtung 48, sowie die Leitungen L3 bis L5 klein ausgebildet, da sie nur mit einem kleinen Strom fertig werden müssen, und eine hohe Dichte angestrebt ist.

Fig. 5 ist eine Aufsicht auf den Aufbau der Steuerschaltung einer elektrischen Lenkservosteuereinrichtung, und hierbei werden die gleichen Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher Bauteile wie in Fig. 4 verwendet.

In Fig. 5 bestehen die Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q4 aus jeweiligen Paaren von FETs (Feldeffekttransistoren), die mit Harz beschichtet sind. Der Kondensator 42 mit hoher Kapazität besteht tatsächlich aus drei Kondensatoren, und der Mikrocomputer 55 wird durch einen Ein-Chip-IC gebildet.

Damit die Zeichnung nicht zu kompliziert wird, sind die Peripherieschaltungselemente, bestimmte Leitungen und dergleichen weggelassen, sondern nur typische Bauteile gezeigt.

Eine isolierte Schaltungsplatine 2 ist auf eine Bodenoberfläche eines kastenförmigen Metallrahmens 1 ausgelegt, und dient sowohl als Abschirmplatte als auch als Isolierplatte. Eine Endoberfläche jeder Abstrahlplatte 3, die beispielsweise aus Aluminium besteht, ist mit einer Innenoberfläche des Metallrahmens 1 verbunden.

Die jeweiligen Schaltungselemente 42 bis 45 und 55 sind auf die isolierte Schaltungsplatine 2 aufgelegt. Auch die jeweiligen Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q4 sind mit der anderen Endoberfläche jeder Abstrahlplatte 3 verbunden.

Die leitfähigen Platten 4a bis 4e entsprechen den Leitungen oder Leitungsmustern P1 bis P5 und sind als Platten mit größeren Abmessungen ausgebildet, die eine größere Dicke aufweisen, zusätzlich zu den Leitungen auf der isolierten Schaltungsplatine 2, um mit den höheren Strömen fertig zu werden.

Der Betrieb der Steuerschaltung in der herkömmlichen elektrischen Lenkservosteuereinrichtung von Fig. 5 wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert.

Der Mikrocomputer 55 empfängt das Lenkdrehmoment T und die Fahrzeuggeschwindigkeit V von dem Drehmomentsensor 50 bzw. dem Fahrzeugsensor 51, und der Motorstrom IM wird von dem Nebenschlußwiderstand 43 zurückgekoppelt, um hierdurch den Drehrichtungsbefehl D₀ der Lenkservoeinrichtung und den Stromsteuerbetrag I₀ entsprechend dem Ausmaß des Hilfsdrehmoments zu erhalten, wobei I₀ der Treiberschaltung 4 über die Leitungen L5 zugeführt wird.

Die Treiberschaltung 47 schließt das normalerweise geöffnete Relais 46 entsprechend dem Befehl über die Leitung L3 im normalen Betriebszustand. Wenn der Drehrichtungsbefehl D₀ und der Stromsteuerbetrag I₀ in die Treiberschaltung 47 eingegeben werden, wird das PWM-Treibersignal (Impulsbreitenmodulations-Treibersignal) erzeugt, und über die Leitungen L4 an die jeweiligen Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q4 der Brückenschaltung 44 angelegt.

Der Motorstrom IM wird daher von der Batterie 41 an den Motor 40 über die externen Leitungen L2, den Verbinder 45, das Relais 46, die Leitungen P4, den Nebenschlußwiderstand 43, die Leitungen P1, die Brückenschaltung 44, die Leitungen P3, den Verbinder 45 und die externen Leitungen L2 geliefert. Der Motor 40 wird durch den Motorstrom IM angetrieben, damit er ein vorbestimmtes Ausmaß an Hilfs- oder Unterstützungsdrehmoment in der gewünschten Richtung abgibt.

Hierbei wird der Motorstrom IM über den Nebenschlußwiderstand 43 und die Motorstromerfassungsvorrichtung 46 festgestellt, und wird der Subtrahiervorrichtung 57 innerhalb des Mikrocomputers 55 zugeführt, um so gesteuert oder geregelt zu werden, daß er mit dem Motorstrombefehl Im übereinstimmt.

Weiterhin enthält der Motorstrom IM eine Brummkomponente, infolge der Schaltvorgänge in dem PWM-Treiber der Brückenschaltung 44, jedoch kann die Brummkomponente durch den Kondensator 42 mit hoher Kapazität geglättet und unterdrückt werden.

Der Wert des Motorstroms IM, der durch diese Art einer elektrischen Lenkservosteuereinrichtung gesteuert oder geregelt wird, beträgt etwa 25 Ampere, selbst bei einem sehr kleinen Fahrzeug. Der Wert kann etwa 60 bis 80 Ampere in einem Fahrzeug der unteren Mittelklasse erreichen. Die Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q4, welche die Brückenschaltung 44 bilden, vergrößern sich daher entsprechend der Stärke des Motorstroms IM. Wie dargestellt sind die mehreren Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q4 parallel geschaltet, so daß eine Wärmeerzeugung im eingeschalteten Zustand und im PWM-Schaltbetrieb unterdrückt werden kann.

Um die Wärme der Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q4 abzustrahlen ist es erforderlich, die Abstrahlplatten 3 vorzusehen. Je größer der Motorstrom IM wird, desto größer wird die Anzahl der Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q4. Gleichzeitig vergrößern sich die Abmessungen der Abstrahlplatten 3.

Weiterhin vergrößert sich die Länge der Leitungen P1, P2 und P4 von der Anschlußklemme des Verbinders 45 über das Relais 46, den Nebenschlußwiderstand 43 und die Brückenschaltung 44, sowohl die Länge der Leitung P3 von der Brückenschaltung 44 zum Motor 40, proportional zur Erhöhung des Motorstroms IM, zur Erhöhung der Anzahl der Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q4, und der Vergrößerung der Abstrahlplatten 3.

Wenn die Temperaturerhöhung infolge der Wärmeerzeugung wegen des Spannungsabfalls, der durch Fließen eines höheren Stroms in den jeweiligen Leitungen P1 bis P5 hervorgerufen wird, zu groß wird, besteht die Befürchtung, daß die Wärmefestigkeit und die Lebensdauer der Leitungen P1 bis P5 beeinträchtigt wird. Um dies zu verhindern werden bei der herkömmlichen elektrischen Lenkservosteuereinrichtung die Verdrahtungsplatten 4a bis 4e vorgesehen, die eine größere Dicke und Breite aufweisen, und speziell für den hohen Strom ausgelegt sind, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Dies führt zu einer entsprechenden Vergrößerung der isolierten Schaltungsplatine 2.

Weiterhin vergrößern sich die Abmessungen des Kondensators 42, des Nebenschlußwiderstands 43 und des Relais 46 entsprechend der Erhöhung des Motorstroms IM. Befinden sich diese Bauteile auf der isolierten Schaltungsplatine 2, so wird durch den vergrößerten Montageraum die isolierte Schaltungsplatine 2 noch weiter vergrößert.

Wie voranstehend geschildert besteht bei der herkömmlichen elektrischen Lenkservosteuereinrichtung die Schwierigkeit, daß deswegen, da der Kondensator 42, der Nebenschlußwiderstand 43, die Brückenschaltung 44, die Abstrahlplatten 3 und die leitfähigen Platten 4a bis 4e (Leitungen P1 bis P5) auf die isolierte Schaltungsplatine 2 entsprechend dem hohen Strom aufgelegt sind, sich die Abmessungen der isolierten Schaltungsplatine 2 entsprechend der Vergrößerung der Bauteile 42 bis 44 und der Leitungen P1 bis P5 erhöhen, und deren Gewicht zunimmt, was zu einer erschwerten Montage und zu höheren Kosten führt.

Fig. 6 zeigt den grundlegenden Aufbau der elektrischen Lenkservosteuereinrichtung (Säulenmontagetyp). Wie aus Fig. 6 hervorgeht wird, da der Motor 40 und die Steuerschaltung 200 der elektrischen Lenkservosteuereinrichtung als getrennte Bauteile ausgebildet sind, bei einer langen externen Leitung L2 ein Problem in Hinsicht auf den Spannungsabfall hervorgerufen, insbesondere wenn wie in Fahrzeugen der unteren Mittelklasse ein hoher Strom von 60 bis 80 Ampere fließt.

Da der Motor 40 und die Steuerschaltung 200 getrennt ausgebildet sind, ist die Bereitstellung entsprechender Räume für die jeweiligen Bauteile oder Teile erforderlich. Wenn wie bei Fahrzeugen der unteren Mittelklasse ein hoher Strom von 60 bis 80 Ampere fließt, vergrößern sich auch die Außenabmessungen der Steuerschaltung 200, wobei allerdings angestrebt wird, diese nahe am Motor 40 anzubringen, damit der Fahrzeugkabelbaum verkürzt werden kann. Es ist daher schwierig, diese Bauteile an einem Ort anzubringen, der in Bezug auf die elektrischen Eigenschaften wünschenswert ist.

Falls gewünscht ist, daß die Steuerschaltung in der Nähe des Motors 40 angebracht wird, angesichts der Vorteile in Bezug auf die elektrischen Eigenschaften, so ist es erforderlich, die Steuerschaltung klein auszubilden.

Wenn durch den Motor 40 die Lenksäule unterstützend angetrieben werden soll, so ist der Anbringungsort für den Motor 40 im Innenraum (Passagierraum), wogegen dann, wenn die Zahnstangenwelle unterstützend angetrieben werden soll, der Anbringungsort sich im Motorraum befindet.

Wenn der Motor 40 im Motorraum angeordnet ist, und die Steuerschaltung 200 der elektrischen Lenkservosteuereinrichtung innerhalb des Passagierraums angebracht wird, ist der Fahrzeugkabelbaum lang, und tritt ein Spannungsabfall auf, was nachteilig ist.

Wenn die Steuerschaltung 200 innerhalb des Motorraums angeordnet wird, um die voranstehend geschilderten Schwierigkeiten zu vermeiden, so müssen die Steuerschaltung 200 selbst und der Verbinder als wasserdichte Anordnungen ausgebildet werden, und ist es erforderlich, die Wärmefestigkeit der Teile zu erhöhen, die in der Steuerschaltung 200 angebracht sind.

Zur Lösung der voranstehend geschilderten Schwierigkeiten besteht das Ziel der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer elektrischen Lenkservosteuereinrichtung, die kleine Abmessungen aufweist, und deren Leistung und Verläßlichkeit verbessert sind.

Gemäß einer Zielrichtung der vorliegenden Erfindung zeichnet sich eine elektrische Lenkservosteuereinrichtung, die mit einem Motor versehen ist, dessen Ausgangswelle an ein Lenkmechanismus eines Fahrzeugs angeschlossen ist, um eine Lenkunterstützungskraft abzugeben, und mit einer Steuerschaltung versehen ist, die Leistungselemente zum Antrieb des Motors aufweist, dadurch aus, daß: die Leistungselemente der Steuerschaltung auf einem Substrat mit hoher Wärmeleitfähigkeit angebracht sind, und die Steuerschaltung in einem Motorgehäuse vereinigt mit dem Motor angeordnet ist, so daß ihre Oberfläche, auf welcher keine Teile des Substrats angebracht sind, eine Ausrichtungsverbindungsoberfläche wird. Aus diesem Grund ist es mit einer derartigen Anordnung möglich, als Wärmeabstrahlplatte das Motorgehäuse ebenso wie ein Lenksäulengehäuse oder ein Zahnstangengehäuse zu verwenden, so daß hierdurch eine große Wärmeabstrahlungsplatte entbehrlich wird, die speziell für die Steuerschaltung vorgesehen ist. Da die Steuerschaltung mit dem Motor vereinigt ausgebildet ist, kann die Einrichtung verkleinert werden, was die Anbringbarkeit am Fahrzeug erleichtert. Da die Steuerschaltung und der Motor miteinander vereinigt sind, kann ein durch Leitungen hervorgerufener Spannungsabfall unterdrückt werden, was die Verläßlichkeit der Einrichtung erhöht. Da die Steuerschaltung und der Motor miteinander vereinigt sind, kann die Verdrahtung zwischen dem Motor und der Steuerschaltung innerhalb der Einrichtung vorgesehen sein, wodurch ein Einklemmen oder Abschneiden von Leitungen verhindert wird, und keine Gefahr von Störungen besteht, beispielsweise in Bezug auf eine unzureichende elektrische Verbindung des Verbinders, was ebenfalls die Verläßlichkeit erhöht.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das Motorgehäuse als Endrahmen ausgebildet, auf welchem die jeweiligen Bauteile des Motors angebracht sind, und ist eine Motorverkleidung luftdicht mit dem Endrahmen zusammengebaut, um die Bauteile des Motors abzudecken, und wird dadurch eine Basisbefestigungsfläche zur Verfügung gestellt, daß der Endrahmen zur Außenseite der Motorverkleidung hin verlängert wird, wobei die Steuerschaltung auf der Basisbefestigungsfläche zusammengebaut ist. Daher kann die Steuerschaltung auf dem Motorgehäuse zusammengebaut werden.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung besteht der Endrahmen aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Die Wärme, die in den Leistungselementen erzeugt wird, kann so gut durch das Motorgehäuse, etwa dem Endrahmen, aber auch über das Lenksäulengehäuse oder das Zahnstangengehäuse abgestrahlt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Dicke der Basisbefestigungsfläche, die auf dem Endrahmen vorgesehen ist, entsprechend der Wärmeerzeugung der Leistungselemente gewählt. Die in den Leistungselementen erzeugte Wärme kann durch den Endrahmen oder dergleichen gut abgestrahlt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Dicke der Basisbefestigungsfläche, die auf dem Endrahmen vorgesehen ist, entsprechend dem Gewicht der Steuerschaltung gewählt. Daher kann die Steuerschaltung im zusammengebauten Zustand stabil gehalten werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerschaltung in einer Verkleidung aufgenommen und in dem Motorgehäuse zusammengebaut; die Verkleidung nimmt eine derartige Form an, daß ein Teil des Motorgehäuses auf der Seite der Montageoberfläche geöffnet ist, wobei das Motorgehäuse als Teil der Verkleidung nach dem Zusammenbau dient. Hierdurch wird es möglich, Materialkosten zu sparen, und die Einrichtung mit geringen Abmessungen auszubilden, ohne daß die Teile nach außen hin freiliegen.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Basisbefestigungsfläche dadurch zur Verfügung gestellt, daß der Endrahmen zur Außenseite der Motorverkleidung hin verlängert wird, wobei die Steuerschaltung auf der Basisbefestigungsfläche zusammengebaut wird; die Dicke der Basisbefestigungsfläche ist an verschiedenen Orten unterschiedlich. Diese Anordnung ist dazu wirksam, Vibrationen zu unterdrücken.

Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind Durchgangslöcher zum Durchführen von Verdrahtungsleitungen in dem Endrahmen vorgesehen, der das Motorgehäuse bildet. Hierdurch kann das Freiliegen der Verdrahtungsleitungen vermieden werden, wenn die Steuerschaltung in dem Motorgehäuse zusammengebaut ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Verdrahtungsleitungen zwischen dem Motor und der Steuerschaltung durch Durchführungsdichtungen geführt, die in die im Endrahmen vorgesehenen Durchgangslöcher eingeführt und dort befestigt sind. Hierdurch wird es möglich, das Eindringen von Wasser in die Steuerschaltung über die Verdrahtungsleitungen zu verhindern.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Verbinder zum Verbinden der Steuerschaltung und der Außenwelt miteinander vereinigt mit der Verkleidung ausgebildet, welche die Steuerschaltung aufnimmt. Dies fördert die Kompaktheit und die Stabilität des Verbinders.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Richtung des Verbinders so festgelegt, daß ein zugeordneter Verbinder abnehmbar mit diesem Verbinder in Eingriff steht, wenn die Verkleidung zur Aufnahme der Steuerschaltung in dem Motorgehäuse zusammengebaut ist. Es ist möglich, das Einführen und Abziehen des zugehörigen Verbinders im zusammengebauten Zustand der Steuerschaltung durchzuführen.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Verkleidung zur Aufnahme der Steuerschaltung durch einen Abschirmdeckel zur elektrischen Abschirmung abgedeckt. Hierdurch ist es möglich, eine gute elektrische Abschirmung der Steuerschaltung zu erzielen.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das Motorgehäuse aus einem Material mit guten Wärmeabstrahlungseigenschaften und ist an einem Montageteil befestigt, welches gute Wärmeabstrahlungseigenschaften aufweist. Hierdurch ist es möglich, die in den Leistungselementen erzeugte Wärme durch das Motorgehäuse oder das Montageteil gut abzustrahlen.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Montageteil als Gehäuse aus Aluminium zur Aufnahme des Lenkmechanismus ausgebildet. Die in den Leistungselementen erzeugte Wärme kann gut durch das Motorgehäuse oder das Montageteil abgestrahlt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1(A), 1(B) und 1(C) Ansichten einer elektrischen Lenkservosteuereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung des Innenaufbaus der Steuerschaltung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild von Teilen der elektrischen Lenkservosteuereinrichtung;

Fig. 4 ein Blockschaltbild von Teilen einer allgemeinen Lenkservosteuereinrichtung;

Fig. 5 eine Aufsicht auf den Aufbau einer herkömmlichen elektrischen Lenkservosteuereinrichtung; und

Fig. 6 eine Ansicht eines Systems einer an einer Lenksäule befestigten elektrischen Lenkservosteuereinrichtung.

AUSFÜHRUNGSFORM 1

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 wird nachstehend eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geschildert.

Die Fig. 1(A) bis 1(C) zeigen eine elektrische Lenkservosteuereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Fig. 1(A) zeigt nur einen Motor 40, ohne eine Steuerschaltung. Fig. 1(B) ist eine Längsschnittansicht des Motors 40. Fig. 1(C) ist eine Querschnittsansicht des Motors 40, wobei die Schnittebene sich in einem Bürstenmontageabschnitt befindet.

Obwohl dies nicht gezeigt ist, gibt der Motor 40, dessen Ausgangswelle mit dem Lenkmechanismus eines Fahrzeugs verbunden ist, die Lenkunterstützungskraft ab. Der Motor 40 ist in dem Motorgehäuse aufgenommen. Das Motorgehäuse besteht aus einem Endrahmen 71, auf welchem die jeweiligen Bauteile zusammengebaut sind, und einer Motorverkleidung 72, die luftdicht mit dem Endrahmen 71 zusammengebaut ist, um die Bauteile des Motors 40 abzudecken.

Wie aus den Fig. 1(B) und 1(C) hervorgeht, ist die Steuerschaltung 200 des Motors 40 auf einer Basisbefestigungsfläche (Basissitz) 73 zusammengebaut, die durch Verlängerung von Teilen des Endrahmens 71 ausgebildet ist, und mit dem Motor 40 vereinigt ist. Hierbei sind die Leistungselemente der Steuerschaltung 200 auf einem Substrat 65 angebracht, welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, was nachstehend noch genauer erläutert wird. Die Leistungselemente sind auf der Befestigungsfläche 73 so zusammengebaut, daß ihre Oberflächen, auf welchen die Teile des Substrats 65 nicht angebracht sind, die Ausrichtungsverbindungsoberfläche bilden können.

Der Endrahmen 71 besteht aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Aluminium, und wird als Wärmeabstrahlkörper für die Leistungselemente und dergleichen verwendet, die in der Steuerschaltung 200 vorgesehen sind.

Weiterhin sind Rippen 74, die durch Vergrößerung der Dicke der Teile der Basisbefestigungsfläche 73 zur Anbringung der Steuerschaltung 200 auf dieser ausgebildet werden, auf der Basisbefestigungsfläche 73 vorgesehen, die durch Verlängerung von Teilen des Endrahmens 71 hergestellt wird, um mit Vibrationen fertig zu werden, wie in Fig. 1(C) gezeigt.

Darüber hinaus ist die Dicke der Teile der Basisbefestigungsfläche 73 entsprechend der Erhöhung des Gewichtes oder des Ausmaßes der Wärmeerzeugung der Leistungselemente entsprechend der Erhöhung des Motorstroms der Steuerschaltung 200 vergrößert. Die Dicke der Basisbefestigungsfläche 73 ist daher so gewählt, daß sie an die Wärmeerzeugung der Leistungselemente der Steuerschaltung 200 angepaßt ist, und gleichzeitig an das Gewicht der Steuerschaltung 200.

Weiterhin ist, wie in Fig. 1(B) gezeigt, der Endrahmen 71, der einen Teil des Motorgehäuses bildet, fest durch Befestigungsmittel wie etwa Bolzen auf dem Gehäuse 75 (Säulengehäuse oder Zahnstangengehäuse) zur Aufnahme des Lenkmechanismus befestigt.

Das Gehäuse 75 besteht aus Druckgußaluminium, welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Der Endrahmen 71 wird als Wärmeabstrahlungskörper für die Teile verwendet, welche Wärme erzeugen, beispielsweise die Leistungselemente, die in der Steuerschaltung 200 vorgesehen sind, zusammen mit dem Endrahmen 71.

Weiterhin weist, obwohl dies nicht gezeigt ist, die Steuerschaltung 200 den externen Verbinder auf. Wenn die Steuerschaltung 200 in dem Endrahmen 71 zusammengebaut ist, ist die Steuerschaltung 200 so angebracht, daß ein zugehöriger Verbinder des externen Verbinders in geeigneter Richtung lösbar eingeführt werden kann.

Weiterhin sind, wie in den Fig. 1(A) und 1(B) gezeigt, Durchgangslöcher 77 zum Einführen von Verdrahtungsleitungen 76 (Motorverdrahtungsleitungen P3) zwischen dem Motor 40 und der Steuerschaltung 200 auf dem Endrahmen 71 vorgesehen, der das Motorgehäuse bildet, so daß die Verdrahtungsleitungen 76 nicht freiliegen, wenn die Steuerschaltung 200 mit der Basisbefestigungsfläche 73 zusammengebaut ist.

Die Verdrahtungsleitungen 76 werden in die Durchgangslöcher 77 eingeführt, und mit Leitungsanschlußklemmen des Verbinders 45 verbunden, der einstückig mit einer Verkleidung 62 ausgebildet ist, die später noch genauer erläutert wird (vgl. Fig. 2).

Wenn der Motor 40. in einem Motorraum (Brennkraftmaschinenraum) angebracht wird, wie in Fig. 1(A) und 1(B) gezeigt, werden Durchführungsdichtungen 78 in die Durchgangslöcher 77 eingepaßt, und werden in diese die Verdrahtungsleitungen 76 eingeführt, so daß ein Eintritt von Wasser in die Steuerschaltung 200 verhindert wird.

Fig. 2 zeigt den Innenaufbau der Steuerschaltung 200. Fig. 3 ist ein Schaltbild, in welchem die elektrische Lenkservosteuereinrichtung und Teile der Einrichtung als Blockschaltbild dargestellt sind. Der Aufbau der Steuerschaltung 200 wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 beschrieben. In Fig. 3 werden die gleichen Bezugszeichen zur Bezeichnung entsprechender Teile wie in Fig. 4 verwendet. Insoweit erfolgt nachstehend nicht unbedingt eine erneute Beschreibung.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Steuerschaltung 2 als Verbundsubstrataufbau ausgebildet, und besteht aus einem Substrat 64 (für einen Mikrocomputer und dessen Peripherieschaltung 100) sowie einem Substrat 65 (zur Anbringung von Leistungselementen), um eine kompakte Ausbildung zu erzielen.

In Fig. 3 sind der Nebenschlußwiderstand 43 und die Halbleiterschaltelemente Q1 bis Q4, welche Teile darstellen, in denen der fließende Motorstrom Wärme erzeugt, und welche die Brückenschaltung 44 bilden, auf dem Substrat 65 (zur Montage von Leistungselementen) angebracht, das in Fig. 2 gezeigt ist.

Das Substrat 65 besteht aus einer Platte mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise einem Metallsubstrat, oder aus einem Keramiksubstrat. Wenn die Steuerschaltung 200 auf der Basisbefestigungsfläche 73 angebracht ist, die durch Verlängerung des Endrahmens 71 ausgebildet ist, welcher das Motorgehäuse bildet, wird die Wärme, die von dem Nebenschlußwiderstand 73 und den Halbleiterschaltelementen Q1 bis Q4 erzeugt wird, welche die wärmeerzeugenden Teile bilden, wirksam über das Substrat 65 an die Basisbefestigungsfläche 73 abgestrahlt.

Da der Endrahmen 71 und das Gehäuse (Säulengehäuse oder Zahnstangengehäuse) 75 als Wärmeabstrahlplatten verwendet werden, ist wie voranstehend geschildert keine spezielle Wärmeabstrahlplatte mit großen Abmessungen mehr erforderlich, etwa die Wärmeabstrahlplatte 3, die bei der in Fig. 5 dargestellten, herkömmlichen elektrischen Lenkservosteuereinrichtung verwendet wird. Daher kann die Steuerschaltung 200 kompakt ausgebildet werden.

In Bezug auf die Leitungsanordnungen P1, P2 und P3, welche die Brückenschaltung 44 bilden, unter den Verdrahtungsplatten 4a bis 4e (Verdrahtungsanordnungen P1 bis P5), die in der in Fig. 5 gezeigten, herkömmlichen elektrischen Lenkservosteuereinrichtung verwendet werden, ist es infolge der guten Wärmeabstrahleigenschaften des Substrats 65 möglich, die Wärmeabstrahleigenschaften der Leitungsmuster zu vernachlässigen. Daher kann die Wärmeabstrahlung von den Leitungsplatten an die Substrate übertragen werden. Dies führt dazu, daß die Steuerschaltung 200 noch weiter verkleinert werden kann.

Weiterhin sind, wie aus Fig. 2 hervorgeht, die Verkleidung 62 und der Verbinder 45, durch welchen ein starker Strom zum Motor 40 fließt, miteinander vereinigt ausgebildet. Hierbei sind die Leitungsanschlußklemmen des Verbinders 45 vereinigt mit der Verkleidung 62 ausgebildet, und sind so verlängert, daß sie an das voranstehend beschriebene Substrat 65 angeschlossen werden. Dann werden der Kondensator 42 und das Relais 46 auf den Verlängerungsteilen der voranstehend beschriebenen Leitungsanschlußklemmen angebracht, die einstückig mit der Verkleidung 62 ausgebildet sind.

Weiterhin sind der Mikrocomputer 55, die Treiberschaltung 47 und die Motorstromerfassungsvorrichtung 48 in Fig. 3 auf dem Substrat 64 (für den Mikrocomputer und dessen Peripherieschaltung) von Fig. 2 angebracht.

Das Substrat 64 und das Substrat 65 sind miteinander über die Leitungen L5 verbunden.

Wie ebenfalls in Fig. 2 gezeigt ist, ist die Steuerschaltung 200 zur elektrischen Abschirmung durch einen Metalldeckel 60 abgedeckt. Der Metalldeckel 60 wird durch eine Montageschraube 61 am Endrahmen 71 befestigt, der das Motorgehäuse bildet, durch Schraubbefestigung zusammen mit der Verkleidung 62.

In der Stufe vor dem Vorgang des Zusammenbauens der Steuerschaltung 200 mit dem Motorgehäuse liegen der Kondensator 42 und das Relais 46 nach außen hin frei. Wenn jedoch die Steuerschaltung 200 in dem Motorgehäuse angebracht ist, wird das Motorgehäuse als Teil der Verkleidung genutzt, so daß nach dem Zusammenbau der Kondensator 42 und das Relais 46 nicht freiliegen.

Wenn das Gehäuse nicht als Teil der Verkleidung beim Zusammenbau mit dem Motorgehäuse verwendet werden kann, so ist es ausreichend, die freiliegenden Teile durch den Schutzdeckel 63 zu schützen, so daß die sonst frei liegenden Teile nicht nach außen hin freiliegen.

Bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform ist ein Aufbau aus zwei Platten des Substrats 64 (für den Mikrocomputer und seine Peripherieschaltung) und dem Substrat 65 (für die Leistungselemente) vorgesehen. Allerdings kann selbstverständlich auch eine Anordnung mit einem einzigen Substrat dazu eingesetzt werden, dieselben Auswirkungen zu erzielen.

Verschiedene Einzelheiten der Erfindung lassen sich ändern, ohne von dessen Wesen oder Umfang abzuweichen. Weiterhin wird darauf hingewiesen, daß die voranstehende Beschreibung zum Zwecke der Erläuterung dient, und nicht das Wesen und den Umfang der vorliegenden Erfindung einschränken soll, die sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen ergeben und von den beigefügten Patentansprüchen umfaßt sein sollen.

Claims (14)

1. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung mit einem Motor (40), dessen Ausgangswelle an einen Lenkmechanismus eines Fahrzeugs angeschlossen ist, um eine Lenkhilfskraft abzugeben, und einer Steuerschaltung (200) mit Leistungselementen (Q1 bis Q4) zum Betreiben des Motors, dadurch gekennzeichnet, daß
die Leistungselemente der Steuerschaltung auf einem Substrat (65) mit hoher Wärmeleitfähigkeit angebracht sind; und
die Steuerschaltung in einem Motorgehäuse (71, 72) vereinigt mit dem Motor angebracht ist, so daß ihre Oberfläche, auf welcher keine Teile des Substrats angebracht sind, eine Ausrichtungsverbindungsoberfläche wird.

2. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Motorgehäuse (71, 72) aus einem Endrahmen (71) besteht, auf welchem die jeweiligen Bauteile des Motors zusammengebaut sind, und aus einer Motorverkleidung (72), die luftdicht mit dem Endrahmen zusammengebaut ist, um die jeweiligen Bauteile des Motors abzudecken; und
eine Basisbefestigungsfläche (73) durch Verlängerung des Endrahmens (71) zur Außenseite der Motorverkleidung (72) hin ausgebildet ist, wobei die Steuerschaltung auf der Basisbefestigungsfläche (73) angebracht ist.

3. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Endrahmen (71) aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht.

4. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Basisbefestigungsfläche (73) auf dem Endrahmen (71) so gewählt ist, daß sie der Wärmeerzeugung der Leistungselemente (Q1 bis Q4) entspricht.

5. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Basisbefestigungsfläche (73) auf dem Endrahmen (71) so gewählt ist, daß sie dem Gewicht der Steuerschaltung (200) entspricht.

6. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (200) in einer Verkleidung (62) aufgenommen und in dem Motorgehäuse (71, 72) zusammengebaut ist; und
die Verkleidung (62) so ausgebildet ist, daß ein Teil des Motorgehäuses zur Seite der Montageoberfläche hin geöffnet ist, und das Motorgehäuse (71, 72) nach dem Zusammenbau einen Teil der Verkleidung (62) bildet.

7. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Basisbefestigungsfläche (73) durch Verlängerung des Endrahmens (71) zur Außenseite der Motorverkleidung (72) hin ausgebildet ist, wobei die Steuerschaltung auf der Basisbefestigungsfläche (73) angebracht ist; und
die Dicke der Basisbefestigungsfläche (73) an verschiedenen Orten unterschiedlich ist.

8. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Durchgangslöcher (77) zum Hindurchleiten von Verdrahtungsleitungen (76) in dem Endrahmen (71) vorgesehen sind, der das Motorgehäuse (71, 72) bildet.

9. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrahtungsleitungen (76) zwischen dem Motor (40) und der Steuerschaltung (200) durch Durchführungsdichtungen (78) hindurch verlaufen, die in die Durchgangslöcher (77) in dem Endrahmen (71) eingeführt und dort befestigt sind.

10. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verbinder (45) zum Verbinden der Steuerschaltung (200) und Einrichtungen außerhalb von dieser einstückig mit der Verkleidung (62) zur Aufnahme der Steuerschaltung (200) ausgebildet ist.

11. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des Verbinders (45) so gewählt ist, daß ein zugehöriger Verbinder lösbar im Eingriff mit dem Verbinder (45) steht, wenn die Verkleidung (62) zur Aufnahme der Steuerschaltung (200) in dem Motorgehäuse (71, 72) angebracht ist.

12. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidung (62) zur Aufnahme der Steuerschaltung (200) zur elektrischen Abschirmung durch einen Abschirmdeckel (60) abgedeckt ist.

13. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Motorgehäuse (71, 72) aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, und an einem Montageteil befestigt ist, welches ein hohes Wärmeabstrahlungsvermögen aufweist.

14. Elektrische Lenkservosteuereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Montageteil ein Gehäuse (75) aus Aluminium zur Aufnahme des Lenkmechanismus ist.