DE19821220B4

DE19821220B4 - Elektrisches Servolenkungssystem

Info

Publication number: DE19821220B4
Application number: DE19821220A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Kifuku
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-11-18
Filing date: 1998-05-12
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2018-05-13
Also published as: DE19821220A1; US6029767A; JPH11147479A

Abstract

Elektrisches Servolenkungssystem, umfassend:
a) eine erste Arithmetikoperationseinrichtung (23) zum Berechnen eines ersten Motorsollstroms (Is) auf Grundlage eines erfassten Werts einer Lenkkraft (Vt) eines Fahrers;
b) eine zweite Arithmetikoperationseinrichtung (27, 28, 29) zum Berechnen eines zweiten Motorsollstroms (Ic, Id, Ij) auf Grundlage der gegenelektromotorischen Kraft (V12, V22) eines Motors (1), der die Lenkkraft des Fahrers unterstützt;
c) eine dritte Arithmetikoperationseinrichtung (40) zum Berechnen eines dritten Motorsollstroms (Ia1), der an den Motor (1) geliefert werden soll, auf Grundlage einer Summation des ersten Motorsollstroms (Is) und des zweiten Motorsollstroms (Ic, Id, Ij); und
d) eine Maximalstrom-Einstelleinrichtung (39) zum Einstellen einer oberen Grenze (IMAXL, IMAXR) für den zweiten Motorsollstrom, die auf Grundlage der gegenelektromotorischen Kraft über dem Motor bestimmt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Servolenkungssystem, welches auch bei Auftreten von Fehlern im System einen sicheren Lenkbetrieb gewährleisten kann.

Die DE 195 32 180 A1 beschreibt eine Motor-Steuervorrichtung für die Steuerung eines Motors eines Servolenkungssystems. Für die Steuerung werden als Eingangsgrößen das Drehmoment und die Geschwindigkeit des Motors verwendet, und eine Störung wird festgestellt, wenn der Rotationswinkel des Motors einen vorgegebenen Wert überschreitet, wobei der Antrieb des Motors dann durch eine Motorabschalteinrichtung abgeschaltet wird. Dadurch werden die Zuverlässigkeit und die Sicherheit des Servolenkungssystems verbessert.

Die DE 44 38 144 A1 betrifft ebenfalls eine Steuervorrichtung für ein motorbetriebenes Servolenkungssystem eines Kraftfahrzeugs, wobei hier das Lenkdrehmoment die Fahrzeuggeschwindigkeit als Eingangsgrößen für die Steuervorrichtung verwendet werden.

In beiden voranstehend genannten Druckschriften wird ferner der Motorstrom bei der Steuerung berücksichtigt.

15 ist ein Blockschaltbild, das schematisch den Aufbau einer Steuereinrichtung in einem herkömmlichen elektrischen Servolenkungssystem zeigt, das in der JP 8-175404 A offenbart ist, die der US 5,740,040 A entspricht.

Das herkömmliche elektrische Servolenkungssystem umfasst eine Leistungsquelle in der Form eines Motors 1 zum Unterstützen einer Lenkkraft oder Anstrengung eines Fahrers, einen Drehmomentsensor 2 zum Erfassen der Lenkkraft auf einen Lenkvorgang des Fahrers hin und ein Eingangs-Interface (nachstehend einfach als "I/F" bezeichnet) 3 zum Eingeben eines Erfassungssignals von dem Drehmomentsensor 2 an einen A/D Wandler 21, der später noch beschrieben wird. Das Interface 3 ist dafür ausgelegt, um eine D.C. Verstärkung und eine Phasenkompensation auszuführen.

Das elektrische Servolenkungssystem 1 umfaßt auch einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 4 zum Erfassen einer Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs, ein Eingangs-I/F 5 zum Eingeben eines Signals von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 4 an einen I/O Port 20, der nachstehend noch beschrieben wird, eine Motorstrom-Detektorschaltung 6 zum Umwandeln eines an den Motor 1 geführten Stroms (d.h. eines Motorstroms) in eine vorgegebene Spannung, um sie so in einen A/D Wandler 21 einzugeben, der nachstehend noch beschrieben wird, und eine Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 zum Umwandeln eines Spannungspegels einer Anschlußspannung des Motors 1 und zum Eingeben der umgewandelten Anschlußspannung in den A/D Wandler 21, wobei die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 auch eine Tiefpaßcharakteristik aufweist, die ermöglicht, daß ein Frequenzband, welches niedriger als eine PWM Trägerfrequenz zum Ansteuern des Motors 1 ist, durchgeht.

Die Motorstrom-Detektorschaltung 6 umfaßt einen Stromerfassungswiderstand 7, der den Motorstrom in eine Spannung umwandelt, und eine Verstärkerschaltung 8 zum Verstärken einer Spannung über dem Stromerfassungswiderstand 7.

Die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 umfaßt Widerstände 10a bis 10f und Kondensatoren 11a, 11b.

Ferner ist eine H-Typ Brückenschaltung 12 zum Ansteuern des Motors 1 aus Leistungs-MOSFETs 13a bis 13d gebildet.

Eine Treiberschaltung 14 ist aus FET Treibern 14a bis 14d zum Ansteuern jeweils der Leistungs-MOSFETs 13a bis 13d gebildet.

Ferner umfaßt ein Mikrocomputer 15, der als eine Steuereinrichtung dient, eine CPU 16, ein ROM 17, um darin ein Steuerprogramm etc. zu speichern, ein RAM 18 zum vorübergehenden Speichern von Daten und dergleichen darin, einen PWM Zeitgeber 19 zum Erzeugen eines Impulssignals zum Ansteuern des Motors 1, einen I/O Port 20a, einen I/O Port 20b, einen A/D Wandler 21 und einen Zeitgeber 22, der zur Behandlung einer Steuerperiode etc. verwendet wird.

Der PWM Zeitnehmer 19 ist mit Eingangsanschlüssen des FET Treibers 14a und des FET Treibers 14c verbunden.

Ferner ist der I/O Port 20a mit den FET Treibern 14b und 14d verbunden und in ähnlicher Weise ist der I/O Port 20b über das Fahrzeuggeschwindigkeitssensor-Eingangs-I/F (Interface) 5 mit dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 4 verbunden.

Der A/D Wandler 21 ist mit Ausgangsanschlüssen der Motorstrom-Detektorschaltung 6 und der Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 verbunden und ist ferner mit einem Ausgangsanschluß des Drehmomentsensors 2 durch die Drehmomentsensor-Eingangs-I/F 3 verbunden.

16 ist ein Funktionsblockschaltbild, das die Steuereinrichtung in dem in 15 gezeigten herkömmlichen elektrischen Servolenkungssystem zeigt.

Wie in 16 gezeigt umfaßt die Steuereinrichtung 15 funktionell eine Lenkkraftunterstützungsstrom-Arithmetikoperationseinrichtung 23, eine Stromsteuereinrichtung 24, eine Motorwinkelgeschwindigkeits-Arithmetikoperationseinrichtung 25, eine Motorwinkelbeschleunigungs-Arithmetikoperationseinrichtung 26, eine Coulomb-Reibungskompensationsstrom-Arithmetikoperationseinrichtung 27, eine Viskositätsreibungs-Kompensationsstrom-Arithmetikoperationseinrichtung 28 und eine Trägheits-Kompensationsstrom- Arithmetikoperationseinrichtung 29. Die Funktionen dieser Einrichtungen werden erhalten, wenn die CPU 17 das in dem ROM 17 gespeicherte Steuerprogramm ausführt.

Die Unterstützungsstrom-Arithmetikoperationseinrichtung 23, die arithmetisch den Motorstrom betreibt oder berechnet, um die Lenkkraft statisch zu unterstützen, ist dafür ausgelegt, um einen Lenkkraftunterstützungsstrom-Sollwert Is auf Grundlage eines erfassten Lenkkraftwerts Vt, der einer von dem Drehmomentsensor 2 erfassten Lenkkraft entspricht, und auf Grundlage eines erfassten Fahrzeuggeschwindigkeitswerts Vs, der einer von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 4 erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, arithmetisch zu betreiben oder zu berechnen.

Die Stromsteuereinrichtung 24 zum Steuern eines durch den Motor 1 fließenden Stroms ist dafür ausgelegt, um eine Rückkopplungssteuerung derart auszuführen, dass ein erfasster Motorstromwert Ia^sns, der von der Motorstrom-Detektorschaltung 6 erfasst worden ist, mit dem Motorsollstrom Ia1 übereinstimmt und um eine Spannung Va1, die an den Motor 1 angelegt wird, arithmetisch zu betreiben oder zu berechnen.

Die Motorwinkelgeschwindigkeits-Arithmetikoperationseinrichtung 25 zum arithmetischen Betreiben oder Berechnen der Winkelgeschwindigkeit des Motors 1 ist dafür ausgelegt, um eine Motorwinkelgeschwindigkeitsabschätzung ω auf Grundlage einer Motoranschlussspannung Va^sns, die von Motoranschlussspannungen V12 und V22 erhalten wird, die von der Motoranschlussspannungs-Detektorschaltung 9 erfasst werden, und auf Grundlage des von der Motorstrom-Detektorschaltung 6 erfassten Motorstroms Ia^sns arithmetisch zu betreiben oder zu bestimmen.

Die Motorwinkelbeschleunigungs-Arithmetikoperationseinrichtung 26 ist dafür ausgelegt, um eine Motorwinkelbeschleunigungsabschätzung dω/dt auf Grundlage der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω, die von der Motorwinkelgeschwindigkeits-Arithmetikoperationseinrichtung 25 arithmetisch betrieben oder berechnet worden ist, arithmetisch zu betreiben oder zu berechnen.

Die Coulomb-Reibungs-Kompensationsstrom-Arithmetikoperationseinrichtung 27 betreibt oder berechnet arithmetisch den Motorstrom zum Kompensieren der Coulomb-Reibung eines Lenkungssystems und ist dafür ausgelegt, um einen Coulomb-Reibungs-Kompensationsstrom-Sollwert Ic auf Grundlage der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 4 erfaßt worden ist, arithmetisch zu betreiben oder zu berechnen.

Die Viskositätsreibungs-Kompensationsstrom-Arithmetikoperationseinrichtung 28, die den Motorstrom zum Kompensieren der Viskositätsreibung des Lenkungssystems arithmetisch betreibt oder berechnet, ist dafür ausgelegt, um einen Viskositätsreibungs-Kompensationsstrom-Sollwert Id auf Grundlage der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 4 erfaßt worden ist, arithmetisch zu betreiben oder zu berechnen.

Die Trägheits-Kompensationsstrom-Arithmetikoperationseinrichtung 29, die den Motorstrom zum Kompensieren des Trägheitsmoments des Lenkungssystems arithmetisch betreibt oder berechnet, ist dafür ausgelegt, um einen Trägheits-Kompensationsstrom-Sollwert Ij auf Grundlage der Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 4 erfaßt worden ist, arithmetisch zu betreiben oder zu berechnen.

Nun wird der Betrieb des voranstehend erwähnten herkömmlichen elektrischen Servolenkungssystems beschrieben.

Wenn ein Lenkrad gesteuert bzw. gedreht wird, um ein Lenkdrehmoment in dem Lenkungssystem zu erzeugen, erfaßt der Drehmomentsensor 2 das Lenkdrehmoment und gibt einen entsprechenden Spannungswert Vt über den A/D Wandler 21 an die CPU 16 aus.

Danach wird eine Verarbeitung gemäß dem Steuerprogramm ausgeführt und die Lenkkraft-Unterstützungsstrom-Arithmetikoperationseinrichtung 23 betreibt oder berechnet arithmetisch den Lenkkraft-Unterstützungsstrom-Sollwert Is, der beispielsweise in 17 gezeigt ist, auf Grundlage des erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeitswerts Vs und dem erfaßten Lenkkraftwert Vt, um sein Ergebnis an die Stromsteuereinrichtung 24 als den Motorsollstrom Ia1 zuzuführen.

Die Stromsteuereinrichtung 24 führt eine Rückkopplungssteuerung aus, um so den erfaßten Motorstromwert Ia^sns mit dem Motorsollstrom (Motorzielstrom) Ia1 in Übereinstimmung zu bringen, betreibt arithmetisch die Spannung Va1, die an den Motor 1 angelegt wird und gibt, um Va1 an den Motor 1 anzulegen, Signale von dem PWM Zeitgeber 19 und dem I/O Port 20a an die H-Typ Brückenschaltung 12 zum Ansteuern des Motors 1.

Beim Ansteuern des Motors 1 werden die Spannungen V12 und V22 an den jeweiligen Anschlüssen des Motors 1 von der Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 erfaßt und dann über den A/D Wandler 21 der CPU 16 eingegeben.

Danach wird eine Verarbeitung gemäß der Programme ausgeführt und die CPU 16 betreibt oder berechnet arithmetisch den erfaßten Motoranschlußspannungswert Va^sns als Va^sns = V12 – V22 und gibt dann diesen Wert Va^sns an die Motorwinkelgeschwindigkeits-Arithmetikoperationseinrichtung 25.

Die Motorwinkelgeschwindigkeits-Arithmetikoperationseinrichtung 25 betreibt oder berechnet arithmetisch die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω auf Grundlage des erfaßten Motoranschlußspannungswerts Va^sns und des erfaßten Motorstromwerts Ia^sns und gibt diesen Wert ω an die Motorwinkelbeschleunigungs-Arithmetikoperationseinrichtung 26, die Coulomb-Reibungs-Kompensationsstrom-Arithmetikoperationseinrichtung 27 und die Viskositätsreibungs-Kompensationsstrom-Arithmetikbetriebseinrichtung 28.

Die Motorwinkelbeschleunigungs-Arithmetikbetriebseinrichtung 26 ermittelt die Motorwinkelbeschleunigungs-Abschätzung dω/dt durch Ableiten der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω und gibt diesen Wert dω/dt an die Trägheits-Kompensationsstrom-Arithmetikoperationseinrichtung 29.

Die Coulomb-Reibungs-Kompensationsstrom-Arithmetikoperationseinrichtung 27 betreibt oder berechnet arithmetisch den Sollwert Ic des Coulomb-Reibungs-Kompensationsstroms aus der Fahrzeuggeschwindigkeit Vs und der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω beispielsweise auf Grundlage einer in 18 gezeigten Charakteristik und addiert dann den Sollwert Ic zu dem Lenkkraft-Unterstützungsstrom-Sollwert Is.

Der Coulomb-Reibungs-Kompensationsstrom-Sollwert Ic ist dafür vorgesehen, um die Rückführung des Steuerrads zu verbessern, was insbesondere bei niedriger Geschwindigkeit verschlechtert wird.

Die Viskositätsreibungs-Kompensationsstrom-Arithmetikoperationseinrichtung 28 betreibt oder berechnet arithmetisch den Sollwert Id des Viskositätsreibungs- Kompensationstroms aus der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung vω, z.B. auf Grundlage einer in 19 gezeigten Charakteristik, um ihn zu dem obigen Lenkkraft-Unterstützungsstrom-Sollwert Is hinzuzufügen.

Der Sollwert Id des Viskositätsreibungs-Kompensationsstroms übt auf das Lenkempfinden des Fahrers ein Viskositätsempfinden aus und verbessert auch die Konvergenz beim Zurückführen des Lenkrads an eine Ausgangs- oder Neutralposition, was insbesondere bei hoher Geschwindigkeit verschlechtert sein würde.

Die Trägheits-Kompensationsstrom-Arithmetikbetriebseinrichtung 29 betreibt oder berechnet arithmetisch den Sollwert Ij des Trägheits-Kompensationsstroms, der eine Wirkung einer Verringerung eines derartigen Trägheitsempfindens aufweist, so daß die Lenkkraft insbesondere zur Zeit eines Umdrehens einer Lenkrichtung aufgrund eines Einflusses des Trägheitsmoments des Motors 1 erhöht wird, aus der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung dω/dt, beispielsweise auf Grundlage einer in 20 gezeigten Charakteristik, und fügt dann diesen zu dem obigen Lenkkraft-Unterstützungsstrom-Sollwert Is hinzu.

In dieser Weise wird der Motorsollstrom Ia1 aus der folgenden Gleichung auf Grundlage des Lenkkraft-Unterstützungsstrom-Sollwerts Is, des Coulomb-Reibungs-Kompensationsstrom-Sollwerts Ic, des Viskositätsreibungs-Kompensationsstrom-Sollwerts Id und des Trägheits-Kompensationsstrom-Sollwerts Ij berechnet. Ia1 = Is + Ic + Id + Ij (1)

Der so berechnete Wert Ia1 wird an die Stromsteuereinrichtung 24 gegeben, um so genauso den Motorstrom zu steuern.

Nun wird mit näheren Einzelheiten die Motorwinkelgeschwindigkeits-Arithmetikoperationseinrichtung 25 beschrieben.

Vorausgesetzt, daß der Motor 1 ein getrennt erregter D.C. Motor ist, kann eine Ersatzschaltung eines Ankers (einer Ankerspule) wie in 21 gezeigt ausgedrückt werden. In dieser Figur ist Ra ein Ankerwiderstand, La ist eine Ankerinduktivität, Ve ist eine Motorinduktionsspannung, Va ist eine Motoranschlußspannung und Ia ist ein Motorstrom.

Wenn in 21 transiente Terme auf Grundlage der Ankerinduktivität La ignoriert werden, ist die folgende Gleichung erfüllt: Va = Ia × Ra + Ve (2)

Hierbei wird Ve wie folgt ausgedrückt. Ve = Ke × m (3)wobei Ke eine Motorinduktionsspannungskonstante ist und m eine Motorwinkelgeschwindigkeit ist.

Aus den obigen Gleichungen (2) und (3) wird die folgende Gleichung erhalten. m = (Va – Ia × Ra)/Ke (4)

Da Ra und Ke Konstanten sind und da Va und Ia durch erfaßte Werte ersetzt werden können, kann eine Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω durch die folgende Gleichung berechnet werden. ω = (Vasns – Iasns × Ra)/Ke (5) wobei Va^sns ein erfasster Motoranschlussspannungswert ist und Ia^sns ein erfasster Motorstromwert ist.

Somit wird bei dem wie oben konstruierten herkömmlichen elektrischen Servolenkungssystem die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung arithmetisch auf Grundlage der Motoranschlussspannung betrieben oder berechnet.

Wenn die Motoranschlussspannungs-Detektorschaltung ausfällt, kann deshalb die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung nicht richtig arithmetisch betrieben werden, wodurch ermöglicht wird, dass ein Strom in den Motor unabhängig von dem Lenkzustand des Fahrers fließt. Infolgedessen ergibt sich ein derartiges Problem, dass bei der Steuerung der Lenkkraft mittels des elektrischen Servolenkungssystems eine Abnormalität stattfindet.

Aufgabe der Erfindung ist es somit ein elektrisches Servolenkungssystem bereitzustellen, welches auch bei Auftreten von Fehlern im System einen sicheren Lenkbetrieb gewährleisten kann. Diese Aufgabe wird durch ein elektrisches Servolenkungssystem jeweils gemäß Anspruch 1, Anspruch 4, und Anspruch 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Verbesserungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergäben sich näher aus der folgenden eingehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Schaltbild, das schematisch den Aufbau eines elektrischen Servolenkungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein Schaltbild, das schematisch einen wesentlichen Abschnitt des elektrischen Servolenkungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ein Schaltbild, das schematisch einen anderen wesentlichen Abschnitt des elektrischen Servolenkungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ein Funktionsblockschaltbild, das die Funktion des elektrischen Servolenkungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ein Flußdiagramm, das die Inhalte eines Betriebs einer Ausfallbestimmungseinrichtung für die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung in dem elektrischen Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ein Flußdiagramm, das die Inhalte eines Betriebs einer Maximalstrom-Einstelleinrichtung in dem elektrischen Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 einen Graph, der die Charakteristik einer Motoranschlußspannung darstellt, wenn sich eine Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung in dem elektrischen Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Ausfall befindet;
8 einen Graph, der die Charakteristik einer Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung darstellt, wenn sich eine Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung in dem elektrischen Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Ausfall befindet;
9 einen Graph, der die Charakteristik eines Motorsollstroms darstellt, wenn sich eine Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung in dem elektrischen Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Ausfall befindet;
10 ein Diagramm, das ein Verfahren zum Einstellen einer oberen Grenze eines Motorstroms in dem elektrischen Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 einen Graph, der eine Charakteristik zum Einstellen eines Ausfallbestimmungs-Schwellwerts der Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung in dem elektrischen Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
12 ein Flußdiagramm, das die Inhalte eines Betriebs der Sollstrom-Arithmetikoperationseinrichtungen in dem elektrischen Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
13 ein Schaltbild, das schematisch den Aufbau eines elektrischen Servolenkungssystems gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 einen Graph, der das Auftreten einer Veränderung in dem Ausfallbestimmungs-Schwellwert zu einer Versorgungsspannung in dem elektrischen Servolenkungssystem gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
15 ein Schaltbild, das schematisch den Aufbau eines herkömmlichen elektrischen Servolenkungssystems darstellt;
16 ein Funktionsblockschaltbild, das die Funktion des herkömmlichen elektrischen Servolenkungssystems zeigt;
17 ein Diagramm, das ein Beispiel eines Lenkkraft-Unterstützungsstrom-Zielwerts in dem herkömmlichen elektrischen Servolenkungssystem zeigt;
18 ein Diagramm, das ein Beispiel eines Coulomb-Reibungs-Kompensationsstrom-Sollwerts in dem herkömmlichen elektrischen Servolenkungssystem zeigt;
19 ein Diagramm, das ein Beispiel eines Viskositätsreibungs-Kompensationsstrom-Sollwerts in dem herkömmlichen elektrischen Servolenkungssystem zeigt;
20 ein Diagramm, das ein Beispiel eines Trägheits-Kompensationsstrom-Zielwerts in dem herkömmlichen elektrischen Servolenkungssystem zeigt; und
21 ein Diagramm, das eine Ersatzschaltung eines Ankers eines getrennt erregten D.C. Motors zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFOREN
Nun werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Teile, die identisch zu denjenigen in dem herkömmlichen System sind oder diesen entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung wird weggelassen.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Schaltbild, das schematisch den Aufbau eines elektrischen Servolenkungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die 2 und 3 sind Schaltbilder, die schematisch wesentliche Abschnitte des elektrischen Servolenkungssystems dieser Ausführungsform zeigen.
In 1 überwacht eine Drehmomentüberwachungseinrichtung 30, die eine redundante Einrichtung ist, die eine zweite Steuereinrichtung bildet, eine Lenkkraft des Fahrers und einen Motorstrom unabhängig von einem Mikrocomputer 15, der als eine erste Steuereinrichtung dient. Eine Überwachungstreiberlogik-Erzeugungseinrichtung 31 bestimmt eine Erregungs- oder Drehrichtung eines Motors 1 auf Grundlage eines Ausgangs des Mikrocomputers 15 und eines Ausgangs einer Drehmomentüberwachungseinrichtung 30.
Ein Relais 32, das als eine Schalteinrichtung dient, liefert eine elektrische Energie an eine H-Typ Brückenschaltung 12 oder unterbricht die elektrische Energie von der H-Typ Brückenschaltung 12.
Ferner und wie in 2 gezeigt, teilt eine Versorgungsspannungs-Detektorschaltung 33 eine Spannung VBM, die an einen Kontakt des Relais 32 angelegt wird, um die Versorgungsspannung zu erfassen, die durch einen A/D Wandler 21 einer CPU 16 eingegeben wird.
Ferner ist zwischen dem Motor 1 und einem Lenkrad (nicht gezeigt) eine elektromagnetische Kupplung (nicht gezeigt) vorgesehen, um diese Elemente miteinander oder voneinander zu koppeln oder zu entkoppeln. Ein Bezugszeichen CL in 1 bezeichnet eine Erregungsspule, die die elektromagnetische Kupplung ansteuert. Es sei darauf hingewiesen, dass die zwischen dem Motor und dem Lenkrad verwendete Kupplung in dieser Weise irgendein anderer Typ als der elektromagnetische Typ sein kann.
Ferner löst eine Alarmlampe 35, die als eine in 3 gezeigte Alarmeinrichtung dient, einen Alarm an dem Fahrer aus. Ein Puffer 36 verstärkt strommäßig ein Signal, das einem I/O Port 20a zum Ansteuern des Relais 32, der Kupplung 34 und der Alarmlampe 35 eingegeben wird.
4 ist ein Funktionsblockschaltbild, das die Funktion des elektrischen Servolenkungssystems gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
In 4 führen die jeweiligen Funktionsblöcke ihre Funktionen aus, wenn ein in einem ROM 17 gespeichertes Programm von der CPU 16 ausgeführt wird. Deshalb werden die Funktionen der jeweiligen Einrichtungen von dem Mikrocomputer 15 vorgesehen, der als die erste Steuereinrichtung dient.
Eine Motoranschlußspannungs-Arithmetikoperationseinrichtung 37 betätigt (betreibt) oder berechnet eine Motoranschlußspannung Va^sns auf Grundlage von Ausgangsspannungen V12 und V22 einer Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 arithmetisch. Eine Ausfallbestimmungseinrichtung 38 für die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung bestimmt, daß die in 1 gezeigte Schaltung sich in einem Ausfall befindet für den Fall, daß die Ausgangsspannungen V12 und V22 der Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 von einem vorgegebenen Spannungsbereich abweichen.
Eine Maximalstrom-Einstelleinrichtung 39 stellt eine obere Grenze eines Stroms, der durch den Motor 1 fließt, auf Grundlage eines erfaßten Lenkkraftwerts Vt und eines Ausfallbestimmungsergebnisses der Ausfallbestimmungseinrichtung 38 für die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung, die als eine Ausfallbestimmungseinrichtung dient, ein.
Eine Sollstrom-Arithmetikbetriebseinrichtung 40 betreibt oder berechnet arithmetisch einen dritten Motorsollstrom in der Form eines Motorsollstroms Ia1 auf Grundlage der jeweiligen Sollströme, die einen ersten Motorsollstrom in der Form eines Lenkkraft-Unterstützungsstrom-Sollwerts Is, einen zweiten Motorsollstrom umfassend einen Coulomb-Reibungs-Kompensationsstrom-Sollwert Ic, einen Viskositätsreibungs-Kompensationsstrom-Zielwert Id und einen Trägheits-Kompensationsstrom-Zielwert Ij, sowie obere Grenzwerte ImaxL und ImaxR für den Motorstrom, die von der Maximalstrom-Einstelleinrichtung 39 eingestellt werden, umfassen.
Es sei darauf hingewiesen, daß ImaxL eine obere Grenze des Stroms für den Fall darstellt, daß der Motor die Lenkkraft in die nach links weisende oder Gegenuhrzeigerrichtung unterstützt, und ImaxR eine obere Grenze des Stroms für den Fall darstellt, daß der Motor die Lenkkraft in die nach rechts weisende oder Uhrzeigerrichtung unterstützt.
Nachstehend wird der Betrieb unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben.
Die Anschlußspannungen V12 und V22 des Motors 1 werden von der Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 erfaßt und dann durch den A/D Wandler 21, der in den Mikrocomputer 15 eingebaut ist, dann jeweils der CPU 16 eingegeben.
Danach wird eine Verarbeitung gemäß der in dem ROM 17 gespeicherten Programme ausgeführt.
Die Motoranschlußspannungs-Arithmetikoperationseinrichtung 37 betreibt oder berechnet arithmetisch den erfaßten Motoranschlußspannungswert Va^sns als Va^sns = V12 – V22 und gibt dann diesen Wert Va^sns an die Motorwinkelgeschwindigkeits-Arithmetikoperationseinrichtung 25.
Nachstehend wird wie in dem herkömmlichen System der Lenkkraft-Unterstützungsstrom-Sollwert Is durch die Lenkkraft-Unterstützungsstrom-Arithmetikoperationseinrichtung 23, die als die erste Arithmetikoperationseinrichtung dient, arithmetisch betrieben oder berechnet und ferner werden der Coulomb-Reibungs-Kompensationsstrom-Sollwert Ic, der Viskositätsreibungs-Kompensationsstrom-Sollwert Id und der Trägheits-Kompensationsstrom-Zielwert Ij von der Coulomb-Reibungs-Kompensationsstrom-Arithmetikoperationseinrichtung 28 und der Trägheitsreibungs-Kompensationsstrom-Arithmetikoperationseinrichtung 29, die als die zweite Arithmetikoperationseinrichtung dienen, arithmetisch betrieben oder berechnet. Diese jeweiligen Werte werden der Sollstrom-Arithmetikbetriebseinrichtung 40 eingegeben, die als die dritte Arithmetikbetriebseinrichtung dient.
Die Ausfallbestimmungseinrichtung 38 für die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung bestimmt, ob die erfaßten Motoranschlußspannungswerte V12 und V22, die von der Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 erfaßt werden, in einen geeigneten Bereich (innerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereichs) fallen oder nicht.
Nun wird der Betrieb der Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 mit näheren Einzelheiten beschrieben.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Beziehung zwischen V11 und V12 beschrieben wird, da die Motoranschlußspannung V21, der erfaßte Motoranschlußspannungswert V22, die Motoranschlußspannung V11 und der erfaßte Motoranschlußspannungswert V12 Spannungen sind, die von einem Paar von ähnlichen Schaltungen innerhalb der Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 erfaßt werden.
Die folgende Beziehung wird zwischen der Motoranschlußspannung V11 und dem erfaßten Motoranschlußspannungswert V12 hergestellt. Deshalb werden die Beziehungsausdrücke zwischen dem erfaßten Motoranschlußspannungswert V12 und dem erfaßten Motoranschlußspannungswert V22 durch Ersetzen von V11 und V12 durch V21 bzw. V22, des Widerstandswerts R11 und R12 durch R21 bzw. R22 und der elektrostatischen Kapazität C11 durch C21 in den nachstehend angegebenen Gleichungen (7) bis (11) ermittelt.
Der erfaßte Motoranschlußspannungswert V12 wird wie folgt ausgedrückt: V12 = (R11 × R12 × V11 + R12 × R13 × Vcc)/[(R11 × R12 + R12 × R13 + R13 × R11) × {1 + R11 × R12 × R13 × C11 × s/(R11 × R12 + R12 × R13 + R13 × R11)] (7)wobei s die Laplacevariable ist, VB eine Versorgungsspannung ist und Vcc eine Referenzspannung des A/D Wandlers 21 ist.
Ein Spannungsbereich, der als die Anschlußspannung V11 gegeben wird, wird wie folgt ausgedrückt, vorausgesetzt, daß eine Vorwärtsspannung über einer parasitären Diode eines Leistungs-MOSFETs 13 VF ist. –VF ≤ V11 ≤ VB (8)
Wenn die transienten Terme ignoriert werden, wird ein Bereich des erfaßten Motoranschlußspannungswerts V12 aus den Ausdrücken (7) und (8) wie folgt erhalten: (–R11 × R12 × VF + R12 × R13 × Vcc)/(R11 × R12 + R12 × R13 + R13 × R11) ≤ V12 ≤ {R11 × R12 × VB + R12 × R13 × Vcc}/(R11 × R12 + R12 × R13 + R13 × R11)] (9)
Da die Versorgungsspannung VB und die Vorwärtsspannung VF der parasitären Diode des Leistungs-MOSFETs 13 als im wesentlichen konstante Werte angesehen werden können, werden die Widerstandswerte der Widerstände 10a, 10b und 10c und die Referenzspannung Vcc konstante Werte, vorausgesetzt, daß eine Temperaturcharakteristik etc. vernachlässigt werden kann. Deshalb wird aus der obigen Gleichung (9) V12 ein Wert innerhalb des vorgegebenen Bereichs.
Wenn deshalb V12 von dem vorgegebenen Bereich abweicht, der gemäß der Gleichung (9) bestimmt ist, kann bestimmt werden, daß die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 sich in einem Ausfall befindet.
Auf Grundlage des obigen Prinzips bestimmt die Ausfallbestimmungseinrichtung 38 für die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung den Ausfall der Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9.
5 ist ein Flußdiagramm zum Erläutern eines Ablaufs der Ausfallbestimmung der Ausfallbestimmungseinrichtung 38 für die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung in dem elektrischen Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung.
In diesem Beispiel wird ein Programm, das von dem in 5 gezeigten Flußdiagramm dargestellt wird, von der CPU 16 bei jeder gegebenen Periode ausgeführt.
In der nachfolgenden Beschreibung werden Vorzeichen an die Lenkkraft und den Motorstrom in solcher Weise angefügt, daß eine Neutralstellung "0" ist und ein positives Vorzeichen und ein negatives Vorzeichen gegeben werden, wenn das Lenkrad in die Uhrzeigerrichtung bzw. die Gegenuhrzeigerrichtung gedreht wird.
Da die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltungen 9a und 9b die gleiche Funktion aufweisen und vollständig das identische Ausfallerfassungsverfahren zueinander ausführen, wird nur die Ausfallerfassung von der Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9a alleine beschrieben.
Zunächst wird im Schritt S1 überprüft, ob V11 in einen vorgegebenen Bereich fällt, d. h., V_THL1 < V11 < V_THH1 oder nicht ist. Wenn V11 nicht innerhalb dieses Bereichs ist, wird ein Zähler in dem RAM 18 im Schritt S2 um "1" erhöht. Wenn auch V11 innerhalb des vorgegebenen Bereichs ist, wird der Zähler in dem RAM 18 im Schritt S3 auf "0" gelöscht.
Im Schritt S4 ist der Zähler in dem RAM 18 ein vorgegebener Wert t_TH1 oder mehr, ein Ausfallflag, welches in dem RAM 18 eingestellt ist, wird auf "1" im Schritt S5 gesetzt, wohingegen wenn der Zähler kleiner als der vorgegebene Wert t_TH1 ist, die Verarbeitung auf ein Programm zurückgeführt wird, das das betreffende Programm zu jeder gegebenen Periode aufruft.
Das Ausfallflag ist so ausgelegt, daß es auf "0" gelöscht wird, wenn die CPU 16 durch Einschalten der Energieversorgung des elektrischen Servolenkungssystems zurückgesetzt wird und wie voranstehend erwähnt "1" hält, bis die Energieversorgung unterbrochen wird, nachdem das Ausfallflag auf "1" gesetzt ist.
In dieser Weise wird durch die Ausfallbestimmungseinrichtung 38 für die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung für den Fall, daß die erfaßte Spannung der Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 außerhalb des vorgegebenen Bereichs für eine vorgegebene Dauer oder länger ist, das vorbestimmte Flag, das sich in dem RAM 18 befindet, auf "1" in solcher Weise gesetzt, daß das Ausfallbestimmungsergebnis gehalten wird, bis die Energieversorgung des elektrischen Servolenkungssystems unterbrochen wird.
Die Maximalstrom-Einstelleinrichtung 39 stellt die obere Grenze, die für den Motorsollstrom Ia1 zulässig ist, auf Grundlage des voranstehend erwähnten Ausfallbestimmungsergebnisses ein.
Nachstehend wird der Betrieb der Maximalstrom-Einstelleinrichtung 39 gemäß einem in 6 gezeigten Flußdiagramm beschrieben. Das in 6 gezeigte Programm wird bei jeder gegebenen Periode aufgerufen.
In 6 bezeichnet Imax einen Nennstrom des Motors 1 und der Motor 1 ist dafür ausgelegt, um ein maximales Drehmoment auszugeben, wenn Imax durch den Motor 1 fließt. ImaxL stellt eine obere Grenze des Stroms für den Fall dar, daß der Motor 1 die Lenkkraft unterstützt, die erforderlich ist, wenn das Lenkrad in der Gegenuhrzeigerrichtung gedreht wird, und genauso stellt ImaxR eine obere Grenze des Stroms für den Fall dar, daß der Motor 1 die Lenkkraft unterstützt, die erforderlich ist, wenn das Lenkrad in der Uhrzeigerrichtung gedreht wird.
In den Schritten S6 bis S10 wird der maximale Wert eines an den Motor 1 gelieferten Stromwerts in solcher Weise eingestellt, daß eine übermäßige Lenkkraftunterstützung auf Grundlage des erfaßten Lenkkraftwerts Vt zur Zeit eines Ausfalls nicht durchgeführt wird. Der erfaßte Lenkkraftwert Vt ist eine Kraft, so wie sie erfaßt wird, wenn der Fahrer das Lenkrad betätigt.
Zunächst wird im Schritt S6 bestimmt, ob der erfaßte Lenkkraftwert Vt kleiner als der vorgegebene Wert T_THL ist oder nicht.
Wenn als ein Ergebnis der erfaßte Lenkkraftwert kleiner ist, d.h., wenn abgeschätzt wird, daß der Fahrer das Lenkrad mit einer Lenkkraft von mehr als T_THL in die Gegenuhrzeigerrichtung dreht, wird die in Uhrzeigerrichtung wirkende Lenkkraftunterstützung im Schritt S7 gesperrt (d.h. ImaxR = 0) und der maximale Strom, der für den Motor 1 zulässig ist, wird für eine in Gegenuhrzeigerrichtung wirkende Lenkkraftunterstützung eingestellt (ImaxL = Imax).
Dann wird im Schritt S8 bestimmt, ob der erfaßte Lenkkraftwert Vt größer als der vorgegebene Wert T_THR ist oder nicht.
Wenn als ein Ergebnis der erfaßte Lenkkraftwert größer ist, d.h., wenn abgeschätzt wird, daß der Fahrer das Lenkrad mit einer Lenkkraft mehr als T_THL in die Uhrzeigerrichtung dreht, dann wird die in Gegenuhrzeigerrichtung wirkende Lenkkraftunterstützung im Schritt S7 gesperrt (d.h. ImaxR = 0) und der maximale Strom, der für den Motor 1 zulässig ist (ImaxL = Imax) wird als Vorbereitung für eine in Gegenuhrzeigerrichtung wirkende Lenkkraftunterstützung eingestellt.
Wenn als Folge des obigen Vorgangs bestimmt wird, daß das Lenkrad in den Schritten S6 und S8 weder in die Gegenuhrzeigerrichtung noch in die Uhrzeigerrichtung gedreht wird, wird bestimmt, daß das Lenkrad sich ungefähr in der Nähe einer Neutralposition befindet. In diesem Fall wird im Schritt S10 der Motorstrom auf den vorgegebenen Wert oder darunter begrenzt, was dazu führt, daß ImaxL = IL1 und ImaxR = IR1 ist.
Nachstehend wird der Betrieb in den Schritten S6 bis S10 unter Bezugnahme auf die 7, 8 und 10 beschrieben.
Die 7 bis 9 sind charakteristische Diagramme (Kennliniendiagramme), die Änderungen in einem erfaßten Motoranschlußspannungswert, einer Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung und eines Motorsollstroms über der Zeit für den Fall zeigen, wenn die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 sich in einem Ausfall befindet, wenn das Fahrzeug fährt, während der Fahrer das Lenkrad in einer Neutralposition hält.
In 7 wird zur Zeit t = 0 eine Spannung, die einer Spannung entspricht, die zu der Zeit genommen wird, wenn sich das Lenkrad an der Neutralposition befindet, als die Anschlußspannungen V12 und V22 von der Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 ausgegeben, wie von den folgenden Ausdrücken (10) und (11) dargestellt. V12 = R12 × Vcc/(R11 + R12) (10) V22 = R22 × Vcc/(R21 + R22) (11)
In dieser Situation wird die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω, die von der Motorwinkelgeschwindigkeits-Arithmetikoperationseinrichtung 25 ausgegeben wird, Null sein (ω = 0).
Deshalb wird der Motor 1 nicht mit Energie versorgt und Ia1 = 0 wird von der Sollstrom-Arithmetikoperationseinrichtung 40 ausgegeben.
Wenn zur Zeit t = t1 die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9a ausfällt, erhöht sich die Ausgangsspannung der Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 auf V12 = Vcc unabhängig von der Tatsache, daß sich das Lenkrad an der Neutralposition befindet. Der Ausfall dieses Typs wird beispielsweise als das Kurzschließen des Widerstands 10a abgeschätzt oder angenommen.
Die Motorwinkelgeschwindigkeits-Arithmetikoperationseinrichtung 25 gibt eine sehr hohe Winkelgeschwindigkeit in einer Vorwärts- oder Uhrzeigerrichtung als die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung gemäß den Ausdrücken (5) und (6) (siehe 8) aus.
Somit bestimmen die Coulomb-Reibungs-Kompensationsstrom-Arithmetikoperationseinrichtung 27 und die Viskositätsreibungs-Kompensationsstrom-Arithmetikoperationseinrichtung 28, daß sich der -Motor 1 bei einer sehr hohen Geschwindigkeit dreht und sie geben sehr große Sollströme Ic und Id aus, beispielsweise gemäß der in den 18 und 19 gezeigten Charakteristiken.
Zu der gleichen Zeit gibt die Motorwinkelbeschleunigungs-Arithmetikoperationseinrichtung 26 eine sehr hohe Winkelbeschleunigung in der Vorwärts- oder Uhrzeigerrichtung als die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung dω/dt aus.
Zu dieser Zeit bestimmt die Trägheits-Kompensationsstrom-Arithmetikoperationseinrichtung 29, daß der Motor 1 bei einer sehr hohen Winkelgeschwindigkeit beschleunigt und gibt einen sehr großen Sollstrom Ij aus, beispielsweise gemäß der in 20 gezeigten Charakteristik.
Die Sollstrom-Arithmetikoperationseinrichtung 40 betreibt oder berechnet arithmetisch den Motorsollstrom Ia1 aus dem Ausdruck (1) gemäß der obigen Berechnungsergebnisse.
Wenn wie in 9 gezeigt die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 zu der Zeit t1 ausfällt, steigt der von der Sollstrom-Arithmetikoperationseinrichtung 40 ausgegebene Sollstrom Ia1 an.
Anders gesagt, wenn die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 ausfällt, gibt es einen Fall, bei dem der Motor 1 unabhängig von der Tatsache, daß der Fahrer das Lenkrad an der Neutralposition hält, erregt wird.
Auf den Abschluß der Ausfallbestimmung aufgrund der Ausfallbestimmungseinrichtung 38 für die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung zur Zeit t = t2 wird der Motorstrom-Sollwert Ia1 auf einen geeigneten Wert in den Schritten S11 bis S12 begrenzt, die nachstehend beschrieben werden.
Selbst wenn wie voranstehend erwähnt, der Ausfall der Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 erfaßt wird, kann ein Strom in den Motor 1 fließen, ohne daß irgendeine Maßnahme oder Abhilfe gegen den Ausfall bis zur Zeit t2 vorgenommen wird, zu der die Ausfallbestimmung nach dem Ablauf der vorgegebenen zeit t_TH1 abgeschlossen ist.
In dieser Situation gibt es in 9 zu der Zeit t zwischen t1 und t2 (d.h. t1 < t < t2) die Möglichkeit, daß der Motorsollstrom Ia1 auf Imax eingestellt wird, wie mit einer gestrichelte Linie dargestellt, in Abhängigkeit von der Einstellung von Ic, Id und Ij.
Wenn jedoch der Motor 1 nicht mit Energie versorgt wird, wenn das Lenkrad sich in der Nähe der Neutralposition befindet, um das obige Problem zu verhindern, wird das Lenkempfinden verschlechtert.
Deshalb wird, wie in den Schritten S6 bis S10 angedeutet, wenigstens für den Fall, daß sich das Lenkrad in der Nähe der Neutralposition befindet, wenn der durch den Motor 1 fließende Strom auf einen vorgegebenen Wert oder darunter begrenzt wird, der Motorstrom zur Zeit eines Ausfalls beschränkt, so daß ein Lenkvorgang des Fahrers nicht behindert wird. Infolgedessen wird das Lenkempfinden verbessert und eine geeignete Ausfallssicherungsmaßnahme gegenüber dem Ausfall kann bereitgestellt werden.
Ferner ist bislang in dem elektrischen Servolenkungssystem als eine Sicherheitsverbesserungstechnik eine Maßnahme dahingehend bekannt gewesen, daß eine redundante Einrichtung unabhängig von der Hauptmotor-Steuereinrichtung bereitgestellt wird, um die H-Typ Brückenschaltung 12 zu unterbrechen, um so die Drehung des Lenkrads zu verhindern, wenn bestimmt wird, daß das Lenkrad nicht als Folge einer Bestimmung eines Lenkzustands des Fahrers auf Grundlage des Ausgangs des Drehmomentsensors gedreht wird.
Als eine derartige Maßnahme gibt es einen Fall, bei dem die obere Grenze von Ia^sns auf den erfaßten Lenkkraftwert Vt eingestellt wird, beispielsweise wie in 10 gezeigt.
10 ist ein charakteristisches Diagramm, das einen erfaßten Motorstromwert gegenüber einem erfaßten Lenkkraftwert zeigt.
Wenn die obige redundante Einrichtung ermöglicht, daß der Strom beschränkt wird, sind der Motorsollstrom Ia1 und der erfaßte Motorstromwert Ia^sns nicht identisch zueinander. Wenn in diesem Zustand beispielsweise die Stromsteuereinrichtung 24 den Motorstrom in einer Rückkopplungsweise steuert, nimmt ein integraler Steuerterm bis auf den maximalen Wert zu. Dies führt zu einem ungünstigen Effekt, daß ein Überschwingen des Motorstroms auftritt, nachdem die Strombegrenzung aufgrund der redundanten Einrichtung gelöst wird, etc.
Um den obigen ungünstigen Effekt zu verhindern, kann die obere Grenze IR1 aufgrund der Maximalstrom-Einstelleinrichtung 39 von der redundanten Einrichtung vorher auf die obere Grenze IR1 oder darunter eingestellt werden. Damit kann nicht nur der Lenkvorgang des Fahrers während eines Ausfalls nicht behindert werden, sondern auch ein unnötiger Betrieb der redundanten Einrichtung kann verhindert werden.
In den Schritten S11 bis S12 wird für den Fall, daß die Ausfallbestimmungseinrichtung 38 für die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung das Auftreten eines Ausfalls bestimmt, die Größe des durch den Motor 1 fließenden Stroms beschränkt. Zunächst wird im Schritt S11 ein Flag überprüft oder es wird auf dieses Flag Bezug genommen, welches das Bestimmungsergebnis der Ausfallbestimmungseinrichtung 38 für die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung hält.
Wenn eine Ausfallbestimmung vorhanden ist, werden sowohl ImaxL als auch ImaxR im Schritt S12 auf "0" eingestellt. Wenn nicht (d.h. keine Ausfallbestimmung), rückt die Verarbeitung zum Schritt S13 weiter.
Wenn in den Schritten S13 bis S14 die Versorgungsspannung VB schwankt, wird eine fehlerhafte oder unrichtige Bestimmung der Ausfallbestimmungseinrichtung 38 für die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung verhindert.
Zunächst wird die Spannung von V12 zum Bestimmen eines Ausfalls mit näheren Einzelheiten unter Bezugnahme auf den Ausdruck (9) beschrieben.
In dem Fahrzeuggerät gemäß dieser Ausführungsform ist eine Energieversorgung eine Batterie und die Versorgungsspannung VB befindet sich normalerweise in einem Bereich zwischen 12–14 (V). Für den Fall, daß eine Stoßspannung an die Batterie angelegt wird, steigt die Versorgungsspannung VB auf bis zu 20–30 (V) an, sogar wenn ein Stoßabsorbierer vorgesehen ist.
In diesem Fall gibt es die Möglichkeit, daß V12 und V22 den Ausfallbestimmungs-Schwellwert übersteigen, der die obere Grenze ist, die gemäß dem Ausdruck (9) eingestellt wird, und zwar unabhängig von der Tatsache, daß die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 normal arbeitet.
Um den obigen Nachteil zu verhindern, ist es wünschenswert, daß die Versorgungsspannung VB gelesen und der Leistungs-MOSFET 13 davon abgehalten wird, in einen leitenden Zustand gebracht zu werden, wenn die Stoßspannung an die Energieversorgung angelegt wird, so daß verhindert wird, daß die Stoßspannung der Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 eingegeben wird.
Nachstehend wird zurückkehrend zur 6 der Betrieb der Maximalstrom-Einstelleinrichtung 39 beschrieben. Die Spannung VBM, nachdem sie durch das Relais gegangen ist, wird durch die Versorgungsspannungs-Detektorschaltung 33 dem A/D Wandler 21 eingegeben und dann wird sie der CPU 16 als ein erfaßter Versorgungsspannungswert eingegeben.
Im Schritt S13 wird überprüft, ob VBM größer als der Spannungswert VBTH ist oder nicht, der für den Fall genommen wird, daß die Stoßspannung an die Energieversorgung angelegt wird.
Infolgedessen wird für den Fall VB_TH < VBM sowohl ImaxL als auch ImaxR im Schritt S14 auf "0" gesetzt.
Die Stromsteuereinrichtung 24, die mit Einzelheiten später noch beschrieben wird, ist so eingestellt, daß alle Leistungs-MOSFETs 13a bis 13d für den Fall, daß der Sollstrom Ia1 = 0 ist, ausgeschaltet werden, wodurch, wenn eine Stoßspannung auf die Versorgungsspannung angewendet wird, eine derartige übermäßige Spannung zum Bewirken einer unrichtigen Ausfallbestimmung davon abgehalten wird, an die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 angelegt zu werden.
Für den Fall von VBM ≤ VB_TH wird das Programm abgeschlossen wie es ist.
Selbst wenn eine Stoßspannung an die Energieversorgung angelegt wird, kann mit dem obigen Betrieb die Ausfallbestimmungseinrichtung 38 der Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung eine Ausfallbestimmung fortsetzen.
11 ist ein Graph, der eine Charakteristik zum Einstellen eines Ausfallbestimmungs-Schwellwerts der Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung in dem elektrischen Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
In 11 wird der Ausfallbestimmungs-Schwellwert V_THL1 eingestellt, um niedriger zu sein, um so einen Spielraum der unteren Grenze des normalen Betriebsbereichs bereitzustellen. In ähnlicher Weise wird der Ausfallbestimmungs-Schwellwert V_THL1 so eingestellt, daß er höher ist, um so einen Spielraum der Spannung, die den Betrieb des Motors 1 stoppt, bereitzustellen. Diese Spielräume dienen dazu, eine fehlerhafte oder unrichtige Ausfallbestimmung aufgrund der Einflüsse von Rauschkomponenten, der Temperaturcharakteristik etc. der verwendeten Elemente zu verhindern.
Die Sollstrom-Arithmetikoperationseinrichtung 40 betreibt oder berechnet arithmetisch den Sollstrom, der durch den Motor 1 auf Grundlage von Is, Ic, Id, Ij, ImaxL und ImaxR, die in der obigen Weise arithmetisch betrieben oder berechnet worden sind, fließt und gibt den so berechneten Sollstrom an die Stromsteuereinrichtung 24.
Nachstehend wird der Betrieb der Zielstrom-Arithmetikoperationseinrichtung 40 unter Bezugnahme auf ein in 12 gezeigtes Flußdiagramm beschrieben.
Zunächst werden in dem Schritt S15 die jeweiligen Steuerströme Is, Ic, Id und Ij zusammenaddiert, um arithmetisch den Sollstrom Ia1 zu betreiben oder zu berechnen.
Dann wird in den Schritten S16 bis S19 die obere Grenze des Motorstroms gesetzt.
Im Schritt S16 werden die obere Grenze des Motorstroms und der Sollstrom für den Lenkvorgang in die Uhrzeigerrichtung oder nach rechts miteinander verglichen.
Es wird bestimmt, ob der im Schritt S15 arithmetisch betriebene Sollstrom Ia1 kleiner als ImaxR ist oder nicht, der von der Maximalstrom-Einstelleinrichtung 39 eingestellt wird, und wenn ImaxR ≤ Ia1 ist, wird der Sollstrom Ia1 in dem Schritt S17 auf ImaxR begrenzt (geclipt).
Im Schritt S18 werden die obere Grenze des Motorstroms und der Sollstrom für einen Lenkvorgang in die Gegenuhrzeigerrichtung oder nach links miteinander verglichen. Wenn Ia1 ≤ ImaxL ist, wird in dem Schritt S19 der Sollstrom Ia1 auf ImaxL begrenzt (geclipt).
Die Stromsteuereinrichtung 24 arbeitet so, daß der in der obigen Weise berechnete Sollstrom Ia1 identisch zu Ia^sns wird, der durch die Motorstrom-Detektorschaltung 6 erfaßt wird, wie in dem herkömmlichen Beispiel, und sie betreibt oder berechnet arithmetisch die Versorgungsspannung Va1 an dem Motor 1, um dadurch den Motor 1 durch die H-Typ Brückenschaltung 12 anzusteuern. Für den Fall des Sollstroms Ia1 = 0 werden sämtliche Leistungs-MOSFETs 13a bis 13d ausgeschaltet, so daß die Energieversorgung an dem Motor 1 unterbrochen wird.
Wie voranstehend beschrieben wird der Motor 1 angesteuert, um auf das Lenkungssystem die Lenkunterstützungskraft auszuüben, während der Ausfall der Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 überwacht wird. Wenn die Ausfallbestimmungseinrichtung 38 der Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung bestimmt, daß sich die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 in einem. Ausfall befindet, wird eine Ausfallsicherungsverarbeitung oder ein Betrieb wie nachstehend angegeben, ausgeführt.
Zunächst stellt die Maximalstrom-Einstelleinrichtung 39 wie voranstehend beschrieben den Sollstrom Ia1 auf "0" ein, wobei als Ergebnis davon die Stromsteuereinrichtung 24 alle Leistungs-MOSFETs 13a bis 13d ausschaltet.
Gleichzeitig steuert die CPU 16 den Puffer 36 durch den I/O Port 20 an, so daß das Relais 32 ausgeschaltet wird, um dadurch die Energieversorgung der H-Typ Brückenschaltung 12 zu unterbrechen. Ferner wird die Kupplung 34 ausgeschaltet, um den Motor 1 von dem Lenkungssystem mechanisch zu trennen und eine Alarmlampe 35 wird eingeschaltet, um einen Alarm auszulösen, wodurch der Fahrer über die Tatsache informiert wird, daß sich das Servolenkungssystem in einem Ausfall befindet.
In dieser Weise wird der Motor 1 auf Grundlage der gegenelektromotorischen Spannung über den Motor 1 gesteuert und ferner wird eine geeignete Ausfallsicherungsverarbeitung oder ein Betrieb ausgeführt, um dadurch das elektrische Servoleistungssystem zu realisieren, das sowohl eine Sicherheit als auch ein gutes Lenkempfinden erzielen kann.
Da ferner die obere Grenze, die sich in Abhängigkeit von dem Lenkdrehmoment verändert, für den Motorsollstrom eingestellt wird, kann der Motorstrom beschränkt werden, bis die Ausfallsicherungsverarbeitung nach Auftreten eines Ausfalls ohne Verschlechterung des Lenkempfindens ausgeführt wird, wodurch Vorkehrungen für eine verbesserte Sicherheit getroffen werden.
In Fällen, bei denen eine Ausfallbestimmung nicht durchgeführt wird, kann eine obere Grenze für den Motorsollstrom einfach eingestellt werden.
Zweite Ausführungsform
In der Maximalstrom-Einstelleinrichtung 39 gemäß der ersten Ausführungsform wird, wie in den Schritten S6 bis S10 in 6 gezeigt, eine obere Grenze für einen dritten Motorsollstrom in der Form des Motorsollstroms Ia1 eingestellt. Jedoch wird in der zweiten Ausführungsform eine obere Grenze (ImaxL, ImaxR) in solcher Weise eingestellt, daß der Coulomb-Reibungs-Kompensationsstrom-Sollwert Ic und/oder der Viskositätsreibungs-Kompensationsstrom-Sollwert Id und/oder der Trägheits-Kompensationsstrom-Sollwert Ij, die als der zweite Motorsollstrom dienen, der auf Grundlage der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω berechnet wird, niedriger als ein vorgegebener Wert eingestellt wird/werden. Selbst in diesem Fall kann wie in der ersten Ausführungsform die Wirkung einer Unterdrückung des Anstiegs des Motorstroms erreicht werden, wenn sich die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 in einem Ausfall befindet.
Ferner kann in der zweiten Ausführungsform die obere Grenze des Motorsollstroms auf Grundlage des erfaßten Lenkkraftwerts Vt wie in der ersten Ausführungsform verändert werden.
Wenn beispielsweise die obere Grenze des Motorsollstroms so eingestellt wird, daß sie ansteigt, wenn die Lenkkraft groß ist, dann wird ermöglicht, obwohl das Lenkrad schnell umgedreht wird, so daß die Lenkkraft mit dem Einfluß des Trägheitsmoments des Motors 1 ansteigt, daß ein zufriedenstellender Trägheits-Kompensationsstrom Ij durch den Motor 1 wegen der erhöhten oberen Grenze fließt, wodurch das Lenkempfinden weiter verbessert wird.
Alternativ kann eine obere Grenze für die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω nur für eine Dauer von dem Auftreten eines Ausfalls bis zu dem Abschluß einer Ausfallbestimmung, d.h. nur für eine Dauer t_TH1 innerhalb der Dauer von t1 bis t2, eingestellt werden, mit im wesentlichen der gleichen Wirkung einer Unterdrückung des Motorstroms zu der Zeit, wenn sich die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 in einem Ausfall befindet.
Da eine Steuerung auf Grundlage der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω in zufriedenstellender Weise zu allen anderen Zeiten als der Zeit eines Ausfalls ausgeführt werden kann, wird das Lenkempfinden in diesem Beispiel weiter verbessert.
Ferner wird, wie in dem Schritt S11 bis S12 in 6 gezeigt, die obere Grenze für den Motorsollstrom Ia1 eingestellt, wenn bestimmt wird, daß sich die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 in einem Ausfall befindet. In ähnlicher Weise kann für den Coulomb-Reibungs-Kompensationsstrom-Zielwert Ic und/oder den Viskositätsreibungs-Kompensationsstrom-Zielwert Id und den Trägheits-Kompensationsstrom-Zielwert Ij, die als der Steuerstrom dienen, der auf Grundlage der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω berechnet wird, eine obere Grenze eingestellt werden.
Da in diesem Fall eine Steuerung auf Grundlage der Lenkkraft des Fahrers fortgesetzt wird, nachdem bestimmt wird, daß sich die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 in einem Ausfall befindet, wird eine statische Lenkkraft nicht geändert. Deshalb kann verhindert werden, daß die Lenkkraft aufgrund des Ausfalls schnell geändert wird.
Ferner erübrigt es sich zu erwähnen, daß selbst dann, wenn die voranstehend erwähnte Begrenzungsverarbeitung (Clipverarbeitung) für die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω ausgeführt wird, im wesentlichen die gleiche Wirkung erhalten werden kann.
Ferner kann eine Konstruktion derart vorgesehen sein, daß der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω ermöglicht wird, vorübergehend die obere Grenze zu überschreiten.
Mit der obigen Einstellung kann beispielsweise in dem Moment, wenn das Lenkrad schnell in die andere Richtung gedreht wird, ein Trägheits-Kompensationsstrom Ij, der zum Unterdrücken des Einflusses des Trägheitsmoments des Motors 1 ausreichend ist, an den Motor 1 geführt werden, wodurch das Lenkempfinden weiter verbessert wird.
Eine Zeitperiode, in der der Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω ermöglicht wird, die obere Grenze zu überschreiten, kann auf eine Zeitperiode eingestellt werden, die in Hinsicht auf die Sicherheit zum Verbessern des Lenkempfindens ausreichend ist (z.B. 50 ms).
Ferner kann eine obere Grenze für die an den Motor angelegte Spannung Va1 eingestellt werden, so daß die vorliegende Erfindung selbst dann anwendbar ist, wenn der Motorstrom in einer offenen Schleife gesteuert wird.
Dritte Ausführungsform
In der Ausfallbestimmungseinrichtung 38 für die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung gemäß der ersten Ausführungsform, wie in 5 gezeigt, wird bestimmt, ob die jeweiligen Anschlußspannungen des Motors 1 sich in einem vorgegebenen Bereich befinden oder nicht. Jedoch kann in einer dritten Ausführungsform der Erfindung eine Anordnung derart vorgesehen werden, daß die Auswahlbestimmung in Abhängigkeit davon ausgeführt wird, ob die Anschlußspannung Va^sns (= V12 – V22) als die Differenz zwischen den jeweiligen Anschlußspannungen in einen vorgegebenen Spannungsbereich fällt oder nicht.
Bei der Verwendung des elektrischen Servolenkungssystems ist es unmöglich, den Motor 1 bei einer höheren Geschwindigkeit als eine Drehgeschwindigkeit unter keiner Last zu drehen, weil eine derartige hohe Lenkgeschwindigkeit die Begrenzung der Lenkgeschwindigkeit des Fahrers übersteigt.
Da die gegenelektromotorische Spannung des Motors 1 immer innerhalb des vorgegebenen Bereichs ist, fällt auch Va^sns (= V12 – V22), die von der Motoranschlußspannungs-Arithmetikoperationseinrichtung 37 ausgegeben wird, in den vorgegebenen Spannungsbereich, solange sich die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 in einem normalen Betrieb befindet.
Wenn jedoch die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9a oder 9b ausfällt, was zum Beispiel bewirkt, daß V11 oder V12 auf Vcc festgelegt sind, dann steigt der erfaßte Motoranschlußspannungswert Va^sns an, um den vorgegebenen Spannungsbereich zu überschreiten.
In diesem Fall wird wie in der ersten Ausführungsform bestimmt, daß sich die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 in einem Ausfall befindet.
Das voranstehend erwähnte Ausfallbestimmungsverfahren weist insbesondere keinen Vorteil im Vergleich mit dem Verfahren der ersten Ausführungsform für den Fall auf, daß Va^sns durch eine Software arithmetisch wie in der ersten Ausführungsform betrieben oder berechnet wird. Jedoch kann für den Fall, daß Va^sns durch eine Hardware arithmetisch betrieben oder berechnet wird, ein Vorteil dahingehend erhalten werden, daß eine Hinzufügung der Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 oder eine Zunahme der Anzahl von Kanälen des A/D Wandlers 21 unterdrückt werden kann.
13 ist ein Schaltbild, das schematisch den Aufbau eines elektrischen Servolenkungssystems gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
In 13 bezeichnet ein Bezugszeichen 41 eine Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung, die die Anschlußspannung Va^sns des Motors 1 arithmetisch betreibt oder berechnet und ein Bezugszeichen 42 bezeichnet einen Operationsverstärker.
Die übrige Konstruktion dieser Ausführungsform ist im wesentlichen ähnlich wie die ersten und zweiten Ausführungsformen und das voranstehend erwähnte herkömmliche Beispiel und deshalb werden identische oder entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine Beschreibung davon wird weggelassen.
Wenn zum Beispiel in der Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 41 ein Widerstand 10g abgetrennt wird, steigt der erfaßte Motoranschlußspannungswert Va^sns auf die Nähe der Versorgungsspannung des Operationsverstärkers 42 an oder fällt in die Nähe des Massepotentials ab, so daß ein Ausfall von dem normalen Betriebszustand davon unterschieden werden kann. Deshalb wird eine Ausfallbestimmung wie in der ersten Ausführungsform ausgeführt, während im wesentlichen die gleiche Ausfallbestimmung bereitgestellt wird.
Selbst wenn bestimmt wird, daß ein Ausfall auftritt, wenn die Motorwinkelgeschwindigkeits-Abschätzung ω außerhalb des vorgegebenen Bereichs ist, kann auch die gleiche Wirkung erhalten werden.
Vierte Ausführungsform
Wenn in der ersten Ausführungsform die Versorgungsspannung VB ansteigt, wird die Energieversorgung an den Motor 1 unterbrochen oder gestoppt, so daß die Ausfallbestimmung der Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung 9 fortgesetzt wird, aber alternativ kann eine Anordnung dahingehend vorgesehen werden, daß die Ausfallbestimmung der Ausfallbestimmungseinrichtung 38 der Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung aufgehoben oder gestoppt wird, wenn die Versorgungsspannung VB außerhalb eines vorgegebenen Bereichs ist.
Ferner und wie in 14 gezeigt, können die Ausfallbestimmungs-Schwellwerte V_THH1 und V_THL1 in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung VB auf Grundlage des voranstehend erwähnten Ausdrucks (9) verändert werden. Selbst für den Fall, daß eine Stoßspannung auf die Versorgungsspannung ausgeübt wird, kann in diesem Beispiel eine Ausfallbestimmung fortgesetzt werden, während der Motor 1 angesteuert wird.
Das elektrische Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung stellt die folgenden Vorteile bereit.
Das elektrische Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine erste Arithmetikoperationseinrichtung zum arithmetischen Betreiben eines ersten Motorsollstroms auf Grundlage wenigstens eines erfaßten Werts einer Lenkkraft des Fahrers; eine zweite Arithmetikoperationseinrichtung zum arithmetischen Betreiben eines zweiten Motorsollstroms, der auf Grundlage wenigstens einer gegenelektromotorische Spannung über dem Motor bestimmt wird; eine dritte Arithmetikoperationseinrichtung zum arithmetischen Betreiben eines dritten Motorsollstroms, der durch den Motor zum Unterstützen der Lenkkraft des Fahrers fließt, auf Grundlage des ersten Motorsollstroms und des zweiten Motorsollstroms; und eine Maximalstrom-Einstelleinrichtung zum Einstellen einer oberen Grenze des zweiten Motorsollstroms, die auf Grundlage der gegenelektromotorischen Kraft über dem Motor bestimmt wird. Mit dieser Anordnung kann das Lenkempfinden verbessert werden und ferner fließt ein übermäßiger Motorstrom in dem Motor selbst zur Zeit eines Ausfalls nicht.
In dem elektrischen Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ändert ferner die Maximalstrom-Einstelleinrichtung den oberen Grenzwert des zweiten Motorsollstroms auf Grundlage des erfaßten Lenkkraftwerts des Fahrers. Mit dieser Anordnung kann das Lenkempfinden weiter verbessert werden.
Ferner umfaßt das elektrische Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung eine erste Arithmetikoperationseinrichtung zum arithmetischen Betreiben eines ersten Motorsollstroms auf Grundlage wenigstens eines erfaßten Werts einer Lenkkraft des Fahrers; eine zweite Arithmetikoperationseinrichtung zum arithmetischen Betreiben eines zweiten Motorsollstroms auf Grundlage wenigstens einer gegenelektromotorischen Spannung über einem Motor; eine dritte Arithmetikoperationseinrichtung zum arithmetischen Betreiben eines dritten Motorsollstroms, der durch den Motor zum Unterstützen der Lenkkraft des Fahrers fließt, auf Grundlage des ersten Motorsollstroms und des zweiten Motorsollstroms; und eine Maximalstrom-Einstelleinrichtung zum Einstellen eines oberen Grenzwerts für den dritten Motorsollstrom; wobei die Maximalstrom-Einstelleinrichtung den oberen Grenzwert des dritten Motorsollstroms auf Grundlage des erfaßten Lenkkraftwerts ändert. Mit dieser Anordnung kann das Lenkempfinden weiter verbessert werden.
Ferner umfaßt das elektrische Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung eine erste Steuereinrichtung zum Bestimmen eines dritten Motorsollstroms, der durch den Motor zum Unterstützen der Lenkkraft des Fahrers fließt, aus einem ersten Motorsollstrom, der auf Grundlage wenigstens eines erfaßten Werts einer Lenkkraft des Fahrers bestimmt wird, und aus einem zweiten Motorsollstrom, der auf Grundlage wenigstens einer gegenelektromotorischen Kraft über einem Motor bestimmt wird, und zum Steuern einer Ansteuerung des Motors; und eine zweite Steuereinrichtung zum Steuern des Motors auf Grundlage wenigstens des erfaßten Werts der Lenkkraft des Fahrers; wobei die erste und die zweite Steuereinrichtung eine Ansteuerung des Motors, der die Lenkkraft des Fahrers unterstützt, steuert und einen oberen Grenzwert des Motorstroms, der in der ersten Steuereinrichtung eingestellt wird, auf einen oberen Grenzwert oder kleiner als der Motorstrom, der in der zweiten Steuereinrichtung eingestellt wird, einstellt. Mit dieser Anordnung kann das Lenkempfinden verbessert werden und gleichzeitig fließt ein übermäßiger Motorstrom in dem Motor selbst zur Zeit eines Ausfalls nicht.
Ferner wird in dem elektrischen Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung der obere Grenzwert des Motorstroms durch einen oberen Grenzwert einer an den Motor angelegten Spannung ersetzt. Mit dieser Anordnung kann ein Ausfallsicherungsbetrieb leicht ausgeführt werden, selbst für den Fall, daß der Motorstrom in einer offenen Schleife gesteuert wird.
Ferner wird in dem elektrischen Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung dem Motorstrom oder der Motorspannung ermöglicht, den oberen Grenzwert innerhalb einer vorgegebenen Zeitperiode zu übersteigen. Mit dieser Anordnung kann das Lenkempfinden weiter verbessert werden.
Ferner umfaßt das elektrische Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung eine erste Arithmetikoperationseinrichtung zum arithmetischen Betreiben eines ersten Motorsollstroms auf Grundlage wenigstens eines erfaßten Werts einer Lenkkraft des Fahrers; eine zweite Arithmetikoperationseinrichtung zum arithmetischen Betreiben eines zweiten Motorsollstroms auf Grundlage wenigstens einer gegenelektromotorischen Spannung über einem Motor; eine dritte Arithmetikoperationseinrichtung zum arithmetischen Betreiben eines dritten Motorsollstroms, der durch den Motor zum Unterstützen der Lenkkraft des Fahrers fließt, auf Grundlage des ersten Motorsollstroms und des zweiten Motorsollstroms; und eine Ausfallbestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Ausfalls, wenn die Motoranschlußspannung von einem vorgegebenen Bereich abweicht. Mit diesem Aufbau kann eine geeignete Ausfallsicherungsverarbeitung ausgeführt werden, selbst wenn die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung ausfällt.
Noch weiter umfaßt das elektrische Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung eine erste Arithmetikoperationseinrichtung zum arithmetischen Betreiben eines ersten Motorsollstroms auf Grundlage wenigstens eines erfaßten Werts einer Lenkkraft des Fahrers; eine zweite Arithmetikoperationseinrichtung zum arithmetischen Betreiben eines zweiten Motorsollstroms auf Grundlage wenigstens einer gegenelektromotorischen Spannung über einem Motor; eine dritte Arithmetikoperationseinrichtung zum arithmetischen Betreiben eines dritten Motorsollstroms zum Unterstützen der Lenkkraft des Fahrers auf Grundlage des ersten Motorsollstroms und des zweiten Motorsollstroms; und eine Ausfallbestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Ausfalls, wenn eine Differenz zwischen den jeweiligen Anschlußspannungen des Motors von einem vorgegebenen Bereich abweicht. Mit diesem Aufbau kann eine geeignete Ausfallsicherungsverarbeitung ausgeführt werden, selbst wenn die Motoranschlußspannungs-Detektorschaltung ausfällt.
Ferner bestimmt in dem elektrischen Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung die Ausfallbestimmungseinrichtung einen Ausfall, wenn die Motoranschlußspannung oder eine Differenz zwischen den jeweiligen Anschlußspannungen des Motors von dem vorgegebenen Spannungsbereich für eine vorgegebene Dauer oder länger abweicht. Mit dieser Anordnung kann eine unrichtige Ausfallbestimmung wegen eines Einflusses von Rauschkomponenten etc. wirksam verhindert. werden.
Zusätzlich führt in dem elektrischen Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung die Ausfallbestimmungseinrichtung eine Ausfallbestimmung nicht aus, wenn eine Versorgungsspannung, die an den Motor angelegt wird, von einem vorgegebenen Spannungsbereich abweicht. Mit dieser Anordnung kann eine unrichtige Bestimmung eines Ausfalls aufgrund einer Schwankung der Versorgungsspannung wirksam verhindert werden.
In dem elektrischen Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung sperrt die Ausfallbestimmungseinrichtung ferner die Erregung des Motors, wenn eine Versorgungsspannung, die an den Motor angelegt wird, von einem vorgegebenen Spannungsbereich abweicht. Mit dieser Anordnung kann wirksam eine unrichtige Bestimmung eines Ausfalls wegen einer Schwankung der Versorgungsspannung wirksam verhindert werden.
Ferner verändert in dem elektrischen Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung die Ausfallbestimmungseinrichtung einen vorgegebenen Spannungsbereich in der Ausfallbestimmung gemäß einer Versorgungsspannung, die an den Motor geliefert wird. Mit dieser Anordnung kann wirksam eine unrichtige Bestimmung eines Ausfalls aufgrund einer Schwankung der Versorgungsspannung verhindert werden.
Ferner stellt in dem elektrischen Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung die Ausfallbestimmungseinrichtung den oberen Grenzwert des zweiten Motorsollstroms auf ungefähr "0" ein und hält den oberen Grenzwert, so wie er eingestellt ist, wenn die Ausfallbestimmungseinrichtung einen Ausfall bestimmt. Mit dieser Anordnung wird ein Lenken des Fahrers nicht behindert.
Noch weiter stellt in dem elektrischen Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung die Maximalstrom- Einstelleinrichtung den oberen Grenzwert des dritten Motorsollstroms auf ungefähr "0" ein und hält den oberen Grenzwert, so wie er eingestellt ist, wenn die Ausfallbestimmungseinrichtung einen Ausfall bestimmt. Mit dieser Anordnung wird ein Lenken des Fahrers nicht behindert.
Ferner stellt die Maximalstrom-Einstelleinrichtung in dem elektrischen Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung den oberen Grenzwert der an den Motor angelegten Spannung auf ungefähr "0" ein und hält den oberen Grenzwert, so wie er eingestellt ist, wenn die Ausfallbestimmungseinrichtung einen Ausfall bestimmt. Mit dieser Anordnung wird der Lenkvorgang des Fahrers nicht behindert.
Zusätzlich sind in dem elektrischen Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung weiter eine Motoransteuerschaltung und eine Schalteinrichtung, die sich zwischen einer Energieversorgung und Masse befindet, vorgesehen und öffnet die Schalteinrichtung und hält diesen Zustand, wenn die Ausfallbestimmungseinrichtung einen Ausfall bestimmt. Mit dieser Anordnung wird der Lenkvorgang des Fahrers nicht behindert, sogar wenn der obige Ausfall und außerdem der Ausfall der Motoransteuerschaltung gleichzeitig auftritt.
Ferner ist in dem elektrischen Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kupplungseinrichtung zum mechanischen Koppeln des Motors mit dem Lenkungssystem oder zum Entkoppeln des Motors von dem Lenkungssystem vorgesehen, wobei die Ausfallbestimmungseinrichtung die Kupplungseinrichtung entkoppelt und diesen Zustand hält, wenn die Ausfallbestimmungseinrichtung einen Ausfall bestimmt. Mit dieser Anordnung wird der Fahrer durch das Trägheitsmoment des Motors während eines Lenkvorgangs selbst zur Zeit eines Ausfalls nicht ungünstig beeinflußt.
Ferner ist in dem elektrischen Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung eine Alarmeinrichtung zum Alarmieren des Fahrers vorgesehen, wobei die Ausfallbestimmungseinrichtung einen Alarm für den Fahrer auslöst, wenn die Ausfallbestimmungseinrichtung einen Ausfall bestimmt. Mit dieser Anordnung wird die Aufmerksamkeit des Fahrers zur Zeit der Bestimmung eines Ausfalls geweckt.

Claims

Elektrisches Servolenkungssystem, umfassend: a) eine erste Arithmetikoperationseinrichtung (23) zum Berechnen eines ersten Motorsollstroms (Is) auf Grundlage eines erfassten Werts einer Lenkkraft (Vt) eines Fahrers; b) eine zweite Arithmetikoperationseinrichtung (27, 28, 29) zum Berechnen eines zweiten Motorsollstroms (Ic, Id, Ij) auf Grundlage der gegenelektromotorischen Kraft (V12, V22) eines Motors (1), der die Lenkkraft des Fahrers unterstützt; c) eine dritte Arithmetikoperationseinrichtung (40) zum Berechnen eines dritten Motorsollstroms (Ia1), der an den Motor (1) geliefert werden soll, auf Grundlage einer Summation des ersten Motorsollstroms (Is) und des zweiten Motorsollstroms (Ic, Id, Ij); und d) eine Maximalstrom-Einstelleinrichtung (39) zum Einstellen einer oberen Grenze (IMAXL, IMAXR) für den zweiten Motorsollstrom, die auf Grundlage der gegenelektromotorischen Kraft über dem Motor bestimmt wird.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maximalstrom-Einstelleinrichtung (39) die obere Grenze für den zweiten oder dritten Motorsollstrom auf Grundlage des erfassten Werts der Lenkkraft (Vt) des Fahrers verändert.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Grenze für den Motorstrom durch eine entsprechende obere Grenze für eine an den Motor gelieferte Spannung ersetzt wird.
Elektrisches Servolenkungssystem, umfassend: a1) eine erste Steuereinrichtung (15) zum Bestimmen eines an einem Motor (1) zu führenden dritten Motorsollstroms (Ia1), der eine Lenkkraft des Fahrers unterstützt, auf Grundlage eines ersten Motorsollstroms (Is), der auf Grundlage eines erfassten Werts der Lenkkraft (Vt) des Fahrers bestimmt wird, und eines zweiten Motorsollstroms (Ic, Id, Is), der auf Grundlage der gegenelektromotorischen Kraft bestimmt wird; a2) wobei die erste Steuereinrichtung (15) eine Maximalstrom-Einstelleinrichtung (39) umfasst, um eine erste obere Grenze (IR1) für den Motorstrom (Ia^sns) einzustellen; b1) eine zweite Steuereinrichtung (30) zum Steuern des Motors (1) auf Grundlage des erfassten Werts der Lenkkraft (Vt) des Fahrers; b2) wobei die zweite Steuereinrichtung (30) dafür ausgelegt ist, um eine zweite obere Grenze von dem Motorstrom (IR2) auf den erfassten Strom auf Grundlage des Lenkkraftwerts (Vt) einzustellen; und b3) wobei die erste Steuereinrichtung (15) dafür ausgelegt ist, um die erste obere Grenze (IR1) aufgrund der Maximalstrom-Einstelleinrichtung (39) gleich oder kleiner wie die zweite obere Grenze (IR2) einzustellen.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen Grenzen für den Motorstrom durch entsprechende obere Grenzen für eine an den Motor angelegte Spannung ersetzt werden.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtungen dafür ausgelegt sind, um dem Motorstrom zu ermöglichen die oberen Grenzen innerhalb einer vorgegebenen Zeitperiode zu überschreiten.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtungen dafür ausgelegt sind, um der Motorspannung zu ermöglichen die oberen Grenzen innerhalb einer vorgegebenen Zeitperiode zu überschreiten.
Elektrisches Servolenkungssystem, umfassend: a) eine erste Arithmetikoperationseinrichtung (23) zum Berechnen eines ersten Motorsollstroms (Is) auf Grundlage eines erfassten Werts einer Lenkkraft (Vt) eines Fahrers; b) eine zweite Arithmetikoperationseinrichtung (27, 28, 29) zum Berechnen eines zweiten Motorsollstroms (Ic, Id, Ij) auf Grundlage der Motoranschlussspannung (V12, V22) eines Motors (1), der die Lenkkraft des Fahrers unterstützt, wobei der zweite Motorsollstrom (Ic, Ie, Ij) eine gegenelektromotorische Kraft darstellt; c) eine dritte Arithmetikoperationseinrichtung (40) zum Berechnen eines dritten Motorsollstroms (Ia1), der an den Motor (1) geliefert werden soll, auf Grundlage einer Summation des ersten Motorsollstroms (Is) und des zweiten Motorsollstroms (Ic, Id, Ij); und d) eine Ausfallbestimmungseinrichtung (38) zum Bestimmen eines Ausfalls, wenn eine Anschlussspannung (V12, V22) des Motors (1) von einem vorgegebenen Bereich abweicht.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Motoranschlussspannung durch eine Differenz zwischen den jeweiligen Anschlussspannungen des Motors ersetzt wird.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausfallbestimmungseinrichtung (38) einen Ausfall bestimmt, wenn die Motoranschlussspannung oder die Differenz zwischen den jeweiligen Anschlussspannungen des Motors von dem vorgegebenen Spannungsbereich für eine vorgegebene Zeitperiode oder länger abweicht.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausfallbestimmungseinrichtung (38) eine Ausfallbestimmung nicht ausführt, wenn eine an den Motor angelegte Versorgungsspannung von einem vorgegebenen Spannungsbereich abweicht.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausfallbestimmungseinrichtung (38) die Erregung des Motors sperrt, wenn eine an den Motor angelegte Versorgungsspannung von einem vorgegebenen Spannungsbereich abweicht.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausfallbestimmungseinrichtung (38) den vorgegebenen Spannungsbereich bei einer Ausfallbestimmung gemäß einer an den Motor angelegten Spannung verändert.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausfallbestimmungseinrichtung (38) die obere Grenze für den zweiten oder dritten Motorsollstrom auf fast Null einstellt und die obere Grenze, so wie sie eingestellt ist, hält, wenn die Ausfallbestimmungseinrichtung (38) einen Ausfall bestimmt.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maximalstrom-Einstelleinrichtung eine obere Grenze für die Motorspannung auf fast Null einstellt und die obere Grenze, so wie sie eingestellt ist, hält, wenn die Ausfallbestimmungseinrichtung (38) einen Ausfall bestimmt.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Motoransteuerschaltung und eine Schalteinrichtung, die zwischen einer Energieversorgung und Masse angeordnet sind, umfasst und die Schalteinrichtung öffnet und diesen Zustand hält, wenn die Ausfallbestimmungseinrichtung (38) einen Ausfall bestimmt.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 8, ferner umfassend eine Kupplungseinrichtung zum Koppeln des Motors mit dem Lenkungssystem oder zum Entkoppeln des Motors von dem Lenkungssystem, wobei die Ausfallbestimmungseinrichtung (38) die Kupplungseinrichtung entkoppelt und diesen Zustand hält, wenn die Ausfallbestimmungseinrichtung (38) einen Ausfall bestimmt.
Elektrisches Servolenkungssystem nach Anspruch 8, ferner umfassend eine Alarmeinrichtung, um den Fahrer zu alarmieren, wobei die Ausfallbestimmungseinrichtung (38) den Fahrer alarmiert, wenn die Ausfallbestimmungseinrichtung (38) einen Ausfall bestimmt.