DE19834454A1 - Elektrische Servolenkeinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine elektrische Servolenk­ einrichtung, welche eine direkte Kraftunterstützung eines Elektromotors für ein Lenksystem vorsieht, um die durch den Fahrer aufzubringende erforderliche Lenkkraft zu verringern. Insbesondere betrifft die Erfindung eine derartige elektrische Servolenkeinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, eine Kraftunterstützung bereitzustellen, selbst wenn der Betrieb eines Sensors, wie beispielsweise eines Motorstromsensors, vom Normalbetrieb abweicht.

Fig. 4 der begleitenden Zeichnungen zeigt in einem Blockdiagramm den allgemeinen Aufbau einer Steuereinheit 120 einer herkömmlichen elek­ trischen Servolenkeinrichtung.

Die herkömmliche Steuereinheit 120 umfaßt im allgemeinen einen Sollstrom- Berechnungsabschnitt 121, einen Sollstrom-Korrekturabschnitt 122, einen Regelabschnitt 123 (F/B), einen Motortreiberabschnitt 124, einen Motor­ drehzahl-Berechnungsabschnitt 125, einen Sensorfehler-Erfassungsabschnitt 126 und einen Fehleranzeigeabschnitt oder eine Fehler-Anzeige 127.

Der Sollstrom-Berechnungsabschnitt 121 bestimmt ein Soll-Hilfsdrehmoment auf Grundlage eines Lenkdrehmomentsignals Tp, welches von einem Lenkdrehmomentsensor 112 zugeführt wird, und gibt ein Signal IT aus (nachfolgend als "Sollstrom" bezeichnet), welches einem Sollstromwert entspricht, der erforderlich ist, damit der Elektromotor 110 das Soll- Hilfsdrehmoment auf ein Lenksystem ausübt. Der Sollstrom IT wird dem Sollstrom-Korrekturabschnitt 122 zugeführt.

Der Sollstrom-Korrekturabschnitt 122 berechnet ein Signal ITH (nachfolgend als "korrigierter Sollstrom" bezeichnet) und gibt dieses aus, welches Signal ITH einem korrigierten Sollstromwert entspricht, welcher sich aus einer Korrektur ergibt, die auf Grundlage eines von einem Lenkwinkelsensor 114 zugeführten Lenkwinkelsignals 114a, eines von einem Fahrzeuggeschwin­ digkeitssensor 116 zugeführten Fahrzeuggeschwindigkeitssignals 116a, eines von einem Gierratesensor 118 zugeführten Gierratensignals 118a und eines durch die Berechnung in einem Motordrehzahl-Berechnungsabschnitt 125 bestimmten Motordrehzahlsignals 125a für den Sollstrom IT durch­ geführt wird, um die gegenwärtigen Fahrzeugbetriebszustände, wie beispielsweise den Lenkzustand, die Fahrzeuggeschwindigkeit und Gierrate und um die Drehzahl eines Elektromotors 110 zu berücksichtigen. Der korrigierte Sollstrom ITH wird dem Regelabschnitt 123 zugeführt.

Der Regelabschnitt 123 umfaßt einen Versatzberechnungsteil 131 und einen PID-(Proportional- und Integral- und Differential-)Regelteil oder -Regler 132. Der Versatzberechnungsteil 131 bestimmt einen Versatz zwischen dem korrigierten Sollstrom ITH und einem Signal IM (nachfolgend als "Motor­ strom" bezeichnet), welches einem durch eine Motorstromerfassungseinheit oder einen Detektor 128 erfaßten Motorstrom entspricht, und gibt ein Versatzsignal 131 aus, welches den bestimmten Versatz (ITH - IM) wiedergibt. Das Versatzsignal 131a wird dem PID-Regler 132 zugeführt. Der PID-Regler verarbeitet das Versatzsignal 131 gemäß einer PID-Arithmetik- Verarbeitung, um ein Treibersteuersignal 132a zu erzeugen, welches einen einem Elektromotor 110 zuzuführenden Strom steuert, um den Versatz (ITH- IM) gleich null zu machen. Das Treibersteuersignal 132a wird dem Motortreiberabschnitt 124 zugeführt.

Der Motortreiberabschnitt 124 umfaßt einen PWM ("pulse-width modula­ tion", Pulsbreitenmodulation) -Signalerzeugungsteil oder Generator 141, eine Gattertreiberschaltung 142 und eine Motortreiberschaltung 143, welche aus vier in einer H-Brücke geschalteten Leistungs-FETs (Feldeffekttransistoren) besteht. Der PWM-Signalgenerator 141 erzeugt auf Grundlage des Treibersteuersignals 132a ein PWM-Signal 141a zum Treiben des Elek­ tromotors 110 durch Pulsbreitenmodulation (PWM). Das PWM-Signal 141a wird der Gattertreiberschaltung 142 zugeführt. Die Gattertreiberschaltung 142 treibt die Gatter der FETs und treibt dadurch das Schalten der FETs auf Grundlage des PWM-Signals 141a. Somit steuert die Steuereinheit 120 durch PWM (pulse-width modulation, Pulsbreitenmodulation) eine von einer Batterieenergiequelle BAT dem Elektromotor 110 zugeführte Energie auf Grundlage des durch den Lenkdrehmomentsensor 112 erfaßten Lenk­ drehmoments Tp und steuert dadurch die Ausgangsleistung (Lenkhilfskraft oder -drehmoment) des Elektromotors 110.

Der Motordrehzahl-Berechnungsabschnitt 125 berechnet eine Drehzahl des Elektromotors 110 auf Grundlage des Motorstroms IM, welcher durch den Motorstromdetektor 128 erfaßt wird, und eines Signals VM (nachfolgend als "Motorspannung" bezeichnet), welches einer durch eine Motorspannungs- Erfassungseinheit oder einen Detektor 129 erfaßten Motorspannung entspricht, und gibt ein Motordrehzahlsignal 125a aus, welches der berechneten Drehzahl des Elektromotors 110 entspricht.

Der Sensorfehler-Erfassungsabschnitt 126 überwacht das Lenkwinkelsignal 114a, das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 116a, das Gierratesignal 118a, das Motorgeschwindigkeitssignal 125a, den Motorstrom IM und die Motorspannung VM. Wenn eines der Signale 114a, 116a, 118a, 125a, IM und VM außerhalb eines vorbestimmten Signalwertbereichs liegt, welcher vorab für jedes Signal festgelegt wurde, oder wenn eines der Signale 114a, 116a, 118a, 125a, IM und VM nicht vom entsprechenden Sensor oder Detektor zugeführt wurde, oder wenn eines der Signale 114a, 116a, 118a, 125a, IM und VM unnormal (stark) schwankt, entscheidet der Sensorfehler- Erfassungsabschnitt 126, daß der Sensor (Detektor) 114,116, 118, 125, 128 oder 129 unnormal arbeitet und gibt ein Sensorfehler-Erfassungssignal 126a aus. Der Sensorfehler-Erfassungsabschnitt 126 ist derart aufgebaut, daß eine Erfassung eines Sensorfehlers in einem energieunabhängigen Speicher gespeichert wird, so daß das Sensorfehler-Erfassungssignal 126a automatisch ausgegeben wird, wenn bei der nächsten Inbetriebnahme der Steuereinheit 120 die Energiezufuhr eingeschaltet wird. Das Sensorfehler- Erfassungssignal 126a wird dem Motortreiberabschnitt 124 und der Fehleranzeige 127 zugeführt.

Nach Empfang des Sensorfehler-Erfassungssignals 126a stoppt der Motortreiberabschnitt 124 den PWM-Signalerzeugungsbetrieb oder den Gattertreiberbetrieb oder öffnet Kontakte eines Relais (nicht gezeigt), welches zwischen der Batterieenergiequelle BAT und der Motortreiber­ schaltung 143 angeordnet ist, wodurch der Betrieb des Elektromotors 110 gestoppt wird.

Die Fehleranzeige 127 ist eine Anzeige, welche nach Empfang des Sensorfehler-Erfassungssignals 126a einen sowohl sichtbaren als auch hörbaren unmittelbaren Alarm eines bei dem Sensor erfaßten Fehlers ausgibt, um dadurch anzuzeigen, daß ein Fehler in der Sensorik auftritt und daß sich die elektrische Servolenkeinrichtung aufgrund des Fehlers in der Sensorik in einem "Außer-Betriebs-Zustand" befindet.

Allerdings wird bei der herkömmlichen elektrischen Servolenkeinrichtung mit der in Fig. 4 gezeigten Steuereinheit 120 dann, wenn der für die Regelung des Betriebs des Elektromotors 110 vorgesehene Motorstromdetektor 128 oder ein anderer zur Erzeugung eines Signals für die Korrektur eines Lenkhilfsdrehmoments nach Maßgabe von Betriebszuständen des Fahrzeugs vorgesehener Sensor abnormalen Betrieb aufweist, oder wenn fälsch­ licherweise ein Betriebsfehler eines Sensors erfaßt wird, das Lenkrad plötzlich schwergängig, da das Bereitstellen der Lenkhilfskraft vom Elektromotor 110 plötzlich gestoppt wird, und dies kann möglicherweise den Fahrer irritieren.

Um diese durch plötzliche Unterbrechung der Bereitstellung von Lenkhilfs­ kraft verursachten Probleme zu vermeiden, kann in Betracht gezogen werden, zwei Sensorgruppen vorzusehen, so daß dann, wenn eine Sensorgruppe fehlerhaft arbeitet, der Betrieb der Steuereinheit auf Grundlage der Information von der anderen Sensorgruppe fortgesetzt werden kann. Ein derartiges gegen ein Versagen sicheres System vergrößert allerdings die Anzahl der erforderlichen Komponenten und die Kosten des Fahrzeugs.

Es ist demzufolge ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Servolenkeinrichtung bereitzustellen, welche den Betrieb eines Elek­ tromotors zum Bereitstellen einer Lenkhilfskraft oder eines Lenkhilfs­ drehmoments selbst dann fortsetzen kann, wenn ein für die Regelung des Elektromotors vorgesehener Motorstromdetektor oder ein anderer für das Bereitstellen von Information zum Korrigieren des Lenkhilfsdrehmoments vorgesehener Sensor abnormalen Betrieb zeigt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Servolenkeinrichtung für ein Fahrzeug vorgesehen, umfassend:

• - einen Elektromotor zum Ausüben eines Lenkhilfsdrehmoments auf ein Lenksystem, welches Lenksystem wirksam ein Lenkrad und lenkbare Räder des Fahrzeugs verbindet;
• - einen Lenkdrehmomentsensor zum Erfassen eines Lenkdrehmoments des Lenksystems und zum Ausgeben eines Lenkdrehmomentsignals entsprechend dem erfaßten Lenkdrehmoment;
• - einen Sollstrom-Berechnungsabschnitt zum Berechnen eines dem Elektromotor zuzuführenden Sollstroms zumindest auf Grundlage des Lenkdrehmomentsignals und zum Ausgeben eines Sollstromsignals entsprechend dem berechneten Sollstrom;
• - einen Motorstromdetektor zum Erfassen eines im Elektromotor fließenden Stroms und zum Ausgeben eines Motorstromsignals entsprechend dem erfaßten Strom;
• - einen Versatzberechnungsabschnitt zum Berechnen eines Versatzes zwischen dem Sollstromsignal und dem Motorstromsignal und zum Ausgeben eines Versatzsignals entsprechend dem berechneten Versatz;
• - einen ersten Treibersteuersignal-Erzeugungsabschnitt zum Erzeugen eines ersten Treibersteuersignals auf der Grundlage des Versatz­ signals, um den Elektromotor zu treiben;
• - einen zweiten Treibersteuersignal-Erzeugungsabschnitt zum Erzeugen eines zweiten Treibersteuersignals auf Grundlage des Sollstromsi­ gnals, um den Elektromotor zu treiben;
• - einen Fehlererfassungsabschnitt zum Erfassen einer Abnormität in der elektrischen Servolenkeinrichtung; und
• - einen Motortreiber-Steuermodus-Umschaltabschnitt zum Umschalten zwischen Treibersteuermoden des Elektromotors derart, daß dann, wenn durch den Fehlererfassungsabschnitt in der Einrichtung keine Abnormität erfaßt wird, der Betrieb des Elektromotors auf Grundlage des ersten Treibersteuersignals gesteuert wird, und dann, wenn durch den Fehlererfassungsabschnitt in der Einrichtung eine Ab­ normität erfaßt wird, der Betrieb des Elektromotors auf Grundlage des zweiten Treibersteuersignals gesteuert wird.

Der Fehlererfassungsabschnitt erfaßt einen Fehler in dem Motorstromdetek­ tor.

Bei der elektrischen Servolenkeinrichtung wird dann, wenn in der Ein­ richtung keine Abnormität erfaßt wird, wie beispielsweise ein Versagen des Motorstromdetektors, der Elektromotor auf Grundlage des ersten Treiber­ steuersignals in einer derartigen Weise geregelt, daß ein Versatz zwischen dem Sollstromsignal, welches nach Maßgabe des Lenkdrehmoments festgesetzt wird, und dem Motorstromsignal auf den Wert null gebracht wird. Somit wird von dem Elektromotor dem Lenksystem ein Lenkhilfsdrehmoment entsprechend dem Lenkdrehmoment zugeführt.

Wenn eine Abnormität der Einrichtung erfaßt wird, wie beispielsweise ein Versagen des Motorstromdetektors, wird der Elektromotor auf Grundlage des zweiten Antriebssteuersignals vorwärts-geregelt (gesteuert), welches zweite Treibersteuersignal auf Grundlage des nach Maßgabe des Lenk­ drehmoments festgesetzten Sollstromsignals erzeugt wird. Somit wird vom Elektromotor auf das Lenksystem ein Lenkhilfsdrehmoment entsprechend dem Lenkdrehmoment ausgeübt.

Das elektrische Servolenksystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Bereitstellen eines Lenkhilfsdrehmoments von dem Elektromotor für das Lenksystem selbst dann fortsetzen, wenn ein Fehler bei dem Betrieb verschiedener Sensoren erfaßt wird. Bei der Einrichtung ist deshalb das Problem behoben, daß dann, wenn das Bereitstellen des Lenkhilfs­ drehmoments plötzlich unterbrochen ist, das Lenkrad schwergängig wird, wodurch der Fahrer irritiert wird und die Lenkbarkeit des Fahrzeugs verschlechtert wird.

Das oben genannte und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vor­ liegenden Erfindung werden mit Bezug auf die detaillierte Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen für den Fachmann noch deutlicher, in welchen bevorzugte strukturelle Ausführungsbeispiele gezeigt sind, welche die Grundprinzipien der Erfindung darstellen.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, welche den allgemeinen Aufbau einer elektrischen Servolenkeinrichtung zeigt;

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, welches eine Steuereinheit der elek­ trischen Servolenkeinrichtung gemäß einem ersten Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, welches eine Steuereinheit der elek­ trischen Servolenkeinrichtung gemäß einem zweiten Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, welches eine Steuereinheit einer herkömmlichen elektrischen Servolenkeinrichtung zeigt.

Bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend detaillierter mit Bezug auf die begleitenden Zeichnun­ gen beschrieben, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ent­ sprechende Teile über die einzelnen Ansichten hinweg bezeichnen.

Mit Bezug auf Fig. 1 ist der allgemeine Aufbau einer elektrischen Servo­ lenkeinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die elektrische Servolenkeinrichtung 1 umfaßt ein mit einem Elektromotor 10 ausgerüstetes und ein Lenkrad 2 und lenkbare Vorderräder 9, 9 eines Fahrzeugs ver­ bindendes Lenksystem und umfaßt ferner eine Steuereinheit 20 zum Steuern der Ausgangsleistung des Elektromotors 10, um den manuellen Lenkaufwand oder die manuelle Lenkkraft zu verringern, welcher bzw. welche durch den Fahrer zum Drehen des Lenkrads 2 aufzubringen ist.

Das Lenksystem umfaßt eine Lenksäule oder einen Lenkschaft 3, welcher an einem Ende mit dem Lenkrad 2 verbunden ist. Das entgegengesetzte Ende des Lenkschafts 3 ist durch einen Verbindungsschaft 4 mit Univer­ salgelenken 4a, 4b mit einem Ritzel 6 eines Zahnstangen-Ritzelmechanismus 5 verbunden. Das Ritzel 6 kämmt mit einer Zahnstange, welche eine Ver­ zahnung 7a an einem Zahnstangenschaft 7 aufweist. Der Zahnstangen- Ritzelmechanismus 5 wandelt eine Drehung des Ritzels 6 in eine axial wechselseitige Bewegung des Zahnstangenschafts 7 um. Die lenkbaren rechten und linken Vorderräder 9 sind mit den entgegengesetzten Enden des Zahnstangenschafts 7 über Spurstangen 8 verbunden. Wenn das Lenkrad 2 gedreht wird, werden die Vorderräder 9 mittels des Zahnstangen- Ritzelmechanismus 5 und der Spurstangen 8 geschwenkt. Dadurch ist es möglich, die Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu verändern.

Um den manuellen Lenkaufwand oder die manuelle Lenkkraft zu verringern, welcher bzw. welche durch den Fahrer ausgeübt werden muß, ist der Elektromotor 10 zum Zuführen eines Lenkhilfsdrehmoments konzentrisch zu der Zahnstange 7 angeordnet, und eine Ausgangsrotation des Elektro­ motors 10 wird in eine Axialkraft umgewandelt und wirkt, über einen Kugelumlauf-Spindelmechanismus 11, welcher im wesentlichen parallel zur Zahnstange 7 angeordnet ist, auf den Zahnstangenschaft 7 ein. Der Elek­ tromotor 10 weist einen Rotor mit einem Antriebsschrägzahnrad 10a auf, welches mit einem angetriebenen Schrägzahnrad 11b in Eingriff steht, welches an einem Ende eines Schraubenschaftes 11a des Kugelumlauf- Spindelmechanismus 11 angebracht ist. Eine Mutter 11c des Kugelumlauf- Spindelmechanismus 11 ist mit der Zahnstange 7 verbunden.

Eine Lenkdrehmoment-Erfassungsvorrichtung (Lenkdrehmomentsensor) 12 ist in einem Lenkkasten (nicht gezeigt) zum Erfassen eines am Ritzel 6 wirkenden manuellen Lenkdrehmoments Ts angeordnet. Der Lenkdrehmomentsensor 12 führt der Steuereinheit 20 ein Lenkdrehmomentsignal Tp entsprechen dem erfaßten Lenkdrehmoment Ts zu. Die Steuereinheit 20 treibt den Elektromotor 10 auf Grundlage des als ein Hauptsignal angenommenen Lenkdrehmomentsignals Tp und steuert dadurch die Ausgangsleistung (Lenkhilfsdrehmoment) des Elektromotors 10.

Fig. 2 zeigt in einem Blockdiagramm die Anordnung eines ersten Ausführungsbeispiels der Steuereinheit 20 gemäß der vorliegenden Erfindung.

Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt die Steuereinheit 20 einen Sollstromberechnungsabschnitt 21, einen Sollstromkorrekturabschnitt 22, einen Regelabschnitt 23 (F/B), welcher einen ersten Treibersignal- Erzeugungsabschnitt oder -Generator bildet, einen zweiten Treibersignal- Erzeugungsabschnitt oder -Generator 50, einen Motortreibersteuermodus- Umschaltabschnitt 51, einen Motortreiberabschnitt 24, einen Motorstrom- (Motordrehzahl-)Berechnungsabschnitt 25, einen Sensorfehler- Erfassungsabschnitt 26, welcher einen Fehlererfassungsabschnitt bildet, und einen Fehleranzeigeabschnitt oder eine Fehleranzeige 27. Die Steuereinheit 20 unterscheidet sich von der in Fig. 4 gezeigten herkömmlichen Steuereinheit 120 dadurch, daß der zweite Treibersteuersignal-Generator 50 und der Motortreibersteuermodus- Umschaltabschnitt 51 zusätzlich vorgesehen sind.

Der Sollstromberechnungsabschnitt 21 bestimmt ein Sollhilfsdrehmoment auf Grundlage eines Lenkdrehmomentsignals Tp, welches von dem Lenkdrehmomentsensor 12 zugeführt wird, und gibt ein Signal IT aus (nachfolgend als "Sollstrom" bezeichnet) entsprechend einem für den Elektromotor 10 zum Bereitstellen des Sollhilfsdrehmoments für das Lenksystem erforderlichen Sollstromwert. Der Sollstrom IT wird dem Sollstromkorrekturabschnitt 22 zugeführt.

Der Sollstromkorrekturabschnitt 22 berechnet ein Signal ITH (nachfolgend als "korrigierter Sollstrom" bezeichnet) entsprechend einem korrigierten Sollstromwert und gibt dieses Signal aus. Dieser korrigierte Sollstromwert resultiert aus dem Sollstrom IT, korrigiert auf Grundlage eines von einem Lenkwinkelsensor 14 zugeführten Lenkwinkelsignals 14, eines von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 zugeführten Fahrzeuggeschwindigkeitssignals 16a, eines von einem (Fahrzeugkarosserie-) Gierratesensor 18 zugeführten Gierratesignals 18a und eines durch Berechnung im Motordrehzahl-Berechnungsabschnitt 25 bestimmten Motordrehzahlsignals 25a, um die gegenwärtigen Fahrzeugbetriebszustände, umfassend den Lenkzustand, die Fahrzeuggeschwindigkeit und Gierrate und die Drehzahl des Elektromotors 10 zu berücksichtigen. Der korrigierte Sollstrom ITH wird dem Regelabschnitt 23 zugeführt.

Der Regelabschnitt 23 umfaßt einen Versatzberechnungsteil 31 und einen PID-(Proportional- und Integral- und Differential-)Regelteil oder -Regler 32.

Der Versatzberechnungsteil 31 bestimmt einen Versatz zwischen dem korrigierten Sollstrom ITH und einem Signal IM (nachfolgend als "Motorstrom" bezeichnet), welches einem durch eine Motorstromerfassungseinheit oder einem Detektor 28 erfaßten Motorstrom entspricht, und gibt ein Versatzsignal 31a aus, welches den bestimmten Versatz (ITH - IM) wiedergibt. Das Versatzsignal 31a wird dem PID-Regler 32 zugeführt. Der PID-Regler 32 erzeugt unter Anwendung einer PID- Arithmetik-Verarbeitung des Versatzsignals 31a ein Treibersteuersignal 32a, welches einen dem Elektromotor 10 zuzuführenden Strom steuert, um zu bewirken, daß sich der Versatz (ITH - IM) null annähert. Das Treibersteuersignal 32a wird dem Motortreiberabschnitt 24 durch den Motortreibersteuermodus-Umschaltabschnitt 51 zugeführt.

Der Motortreiberabschnitt 24 umfaßt ein PWM ("pulse-width modulation", Pulsbreitenmodulation)-Signal-Erzeugungsteil oder einen -Generator 41, eine Gattertreiberschaltung 42 und eine Motortreiberschaltung 43, welche aus vier in Form einer H-Brücke geschalteten Leistungs-FETs (Feldeffekttransistoren) besteht. Der PWM-Signal-Generator 41 erzeugt auf Grundlage des Treibersteuersignals 32a ein PWM-Signal 41a zum Treiben des Elektromotors 10 durch Pulsbreitenmodulation (PWM). Das PWM-Signal 41a wird der Gattertreiberschaltung 42 zugeführt. Die Gattertreiberschaltung 42 treibt die Gatter der FETs und treibt dadurch das Umschalten der FETs auf Grundlage des PWM-Signals 41a. Somit steuert die Steuereinheit 20 die von einer Batterieenergiequelle BAT dem Elektromotor 10 zugeführte Energie durch Pulsbreitenmodulation auf Grundlage des Lenkdrehmoments Tp, welches durch den Lenkdrehmomentsensor 12 erfaßt wird, und steuert dadurch die Ausgangsleistung (Lenkhilfsdrehmoment) des Elektromotors 10.

Der Motordrehzahl-Berechnungsabschnitt 25 berechnet eine Drehzahl des Elektromotors 10 auf Grundlage des durch den Motorstromdetektor 28 erfaßten Motorstroms IM und eines Signals VM (nachfolgend als "Motorspannung" bezeichnet), welches einer durch eine Motorspannungserfassungseinheit oder einen Detektor 29 erfaßten Motorspannung entspricht, und gibt ein Motordrehzahlsignal 25a entsprechend der berechneten Drehzahl des Elektromotors 10 aus.

Der Sensorfehler-Erfassungsabschnitt 26 überwacht das Lenkwinkelsignal 14a, das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 16a, das Gierratesignal 18a, das Motorgeschwindigkeitssignal 25a, den Motorstrom IM und die Motorspannung VM. Wenn eines der Signale 14a, 16a, 18a, 25a, IM und außerhalb eines vorbestimmten Signalwertbereichs liegt, welcher für jedes Signal vorab bestimmt wurde, oder wenn eines der Signale 14a, 16a, 18a, 25a, IM und VM nicht von dem entsprechenden Sensor oder Detektor zugeführt wird, oder wenn eines der Signale 14a, 16a, 18a, 25a, IM und VM unnormal (stark) schwankt, entscheidet der Sensorfehler- Erfassungsabschnitt 26, daß der Sensor (Detektor) 14, 16, 18, 25, 28 oder 29 unnormal oder fehlerhaft arbeitet und gibt ein Sensorfehlererfassungssignal 26a aus. Der Sensorfehler-Erfassungsabschnitt 26 ist derart aufgebaut, daß eine Erfassung eines Sensorfehlers in einem energieunabhängigen (Struktur-)Speicher gespeichert wird, so daß das Sensorfehlererfassungssignal 26a automatisch dann ausgegeben wird, wenn die Energie bei der nächsten Inbetriebnahme der Steuereinheit 20 eingeschaltet wird. Das Sensorfehlererfassungssignal 26a wird dem Motortreiberabschnitt 24 und der Fehleranzeige 27 zugeführt.

Die Fehleranzeige 27 ist eine Anzeige, welche nach Empfangen des Sensorfehlererfassungssignals 26a einen sowohl sichtbaren als auch hörbaren unmittelbaren Alarm eines in der Sensorik erfaßten Fehlers ausgibt, um dadurch anzuzeigen, daß ein Fehler in der Sensorik auftritt und daß sich die elektrische Servolenkeinrichtung aufgrund des Fehlers in der Sensorik in einem unwirksamen ("Außer-Betriebs-") Zustand befindet.

Der zweite Treibersteuersignal-Generator 50 erzeugt ein zweites Treibersteuersignal 50a auf Grundlage des Sollstromsignals IT, welches von dem Sollstromberechnungsabschnitt 21 ausgegeben wird, und gibt das zweite Treibersteuersignal 50a an den Motortreiberabschnitt 24 über den Motortreibersteuermodus-Umschaltabschnitt 51 aus.

Der Motortreibersteuermodus-Umschaltabschnitt 51 leitet dann, wenn ihm das Sensorfehlererfassungssignal 26a von dem Sensorfehler- Erfassungsabschnitt 26 zugeführt wird, das erste Treibersteuersignal 32a von dem PID-Regler 32 zu dem PWM-Signalgenerator 41. Alternativ schaltet der Motortreibersteuermodus-Umschaltabschnitt 51 dann um, wenn diesem das Sensorfehlersignal 26a zugeführt wird, um das erste Treibersteuersignal 32a auf das zweite Treibersteuersignal 50a umzustellen und führt das zweite Treibersteuersignal 50a dem PWM-Signalgenerator 41 zu.

Folglich wird dann, wenn der Motorstromdetektor 28, der Motorspannungsdetektor 29, der Lenkwinkelsensor 14, der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 und der Gierratesensor 18 sich in normalem Betrieb befinden, der dem Elektromotor 10 auf Grundlage des richtigen Sollstroms ITH zugeführte Motorstrom IM geregelt (mit Rückkopplung). Wenn einer der Sensoren (Detektoren) 28, 29, 14, 16, 18 unnormalen Betrieb aufweist, wird der Betrieb des Elektromotors 10 auf Grundlage des basierend auf dem Sollstrom IT erzeugten zweiten Treibersteuersignals 50a vorwärts geregelt (gesteuert).

Der zweite Treibersteuersignal-Generator 50 gibt beispielsweise einen 50 bis 80%-igen Wert des Sollstroms IT als das zweite Treibersteuersignal 50a aus. Da ein kleinerer Wert als der Sollstrom IT als zweites Treibersteuersignal 50a ausgegeben wird, wird das vom Elektromotor 10 zugeführte Lenkhilfsdrehmoment verringert, um dadurch zu ermöglichen, daß der Fahrer einen unnormalen Zustand wahrnimmt, in welchem das Lenkhilfsdrehmoment nicht richtig bereitgestellt wird (oder die Steuereinheit 20 unnormal arbeitet). Unter der Vorwärtsregelung (Steuerung) des Elektromotors 10, welche auf Grundlage des zweiten Treibersteuersignals 50a durchgeführt wird, kann der dem Elektromotor 10 zugeführte Strom außerordentlich, beispielsweise mit einem plötzlichen Anstieg des Lenkdrehmoments Tp, ansteigen. Um dieses Problem zu bewältigen, wird eine Verstärkung des zweiten Treibersteuersignal-Generators 50 derart festgesetzt, daß sie klein genug ist, um zu verhindern, daß das von dem Elektromotor 10 bereitgestellte Lenkhilfsdrehmoment bei Veränderungen des Lenkdrehmoments Tp außerordentlich (stark) schwankt.

Wie vorangehend beschrieben wird, da dann, wenn durch den Sensorfehler- Erfassungsabschnitt 26 ein fehlerhafter Betrieb von einem der Sensoren 28, 29, 14, 16, 18 erfaßt wird, der Betrieb des Elektromotors 10 auf Grundlage des zweiten Treibersteuersignals 50a gesteuert, welches durch den zweiten Treibersteuersignal-Generator 50 erzeugt wird, wobei die Steuereinheit 20 den Elektromotor 10 betreiben kann, um ein Lenkhilfsdrehmoment dem Lenksystem auf Grundlage des Lenkdrehmoments zuzuführen, obwohl der Sensor unnormal arbeitet. Somit wird der Fahrer nicht durch eine plötzliche Unterbrechung der Bereitstellung der Lenkhilfskraft irritiert. Aufgrund des kontinuierlichen Zuführens (Bereitstellens) des Lenkhilfsdrehmoments entsprechend dem Lenkdrehmoment Tp ohne Rücksicht auf den erfaßten Fehler des Sensors kann das Lenkrad leicht und sanft gedreht werden, selbst wenn das Fahrzeug zum Ein- und Ausparken gelenkt wird.

Im Folgenden wird auf Fig. 3 Bezug genommen, welche in einem Blockdiagramm den Aufbau einer Steuereinheit 20A gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

Wie in Fig. 3 gezeigt, umfaßt die Steuereinheit 20A einen Sollstromberechnungsabschnitt 21, einen Sollstromkorrekturabschnitt 70, einen Regelabschnitt 23 (F/B), welcher einen ersten Treibersignal- Erzeugungsabschnitt oder -Generator bildet, einen zweiten Treibersignal- Erzeugungsabschnitt oder -Generator 60, einen Motortreibersteuermodus- Umschaltabschnitt 61, einen Motortreiberabschnitt 24, einen Motorstrom- (Motordrehzahl-)Berechnungsabschnitt 25, einen Sensorfehler- Erfassungsabschnitt 71, welcher einen Fehlererfassungsabschnitt bildet, und einen Fehleranzeigeabschnitt oder eine Fehleranzeige 72.

Der Sensorfehler-Erfassungsabschnitt 71 überwacht ein von einem Lenkwinkelsensor 14 zugeführtes Lenkwinkelsignal 14a, ein von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 zugeführtes Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 16a, ein von einem Gierratesensor 18 zugeführtes Gierratesignal 18a, ein von einem Motordrehzahlberechnungsabschnitt 25 zugeführtes Motordrehzahlsignal 25a, einen durch einen Motorstromdetektor 28 erfaßten Motorstrom IM und eine durch einen Motorspannungssensor 29 erfaßte Motorspannung VM. Wenn eines der Signale 14a, 16a, 18a, 25a, IM und VM außerhalb eines vorab für jedes Signal bestimmten Signalwertbereichs liegt, oder wenn eines der Signale 14a, 16a, 18a, 25a, IM und VM nicht von dem entsprechenden Sensor oder Detektor zugeführt wird oder wenn eines der Signale 14a, 16a, 18a, 25a, IM und VM unnormal (stark) schwankt, entscheidet der Sensorfehler-Erfassungsabschnitt 71, daß der Sensor (Detektor) 14, 16, 18, 25, 28 oder 29 unnormal oder fehlerhaft arbeitet und gibt eine Fehlerhafter- Sensor-Identifikations-Information 71a aus. Die Fehlerhafter-Sensor- Identifikations-Information 71a wird der Fehleranzeige 72 und dem Sollstromkorrekturabschnitt 70 zugeführt.

Der Sensorfehler-Erfassungsabschnitt 71 gibt dann, wenn er eine Anomalie im Betrieb des Motorstromdetektors 28 erfaßt, ein Treibersteuermodus- Umwandlungssignal 71b aus. Das Treibersteuermodus-Umwandlungssignal 71b wird dem Motortreibersteuermodus-Umschaltabschnitt 61 zugeführt.

Die Fehleranzeige 72 ist eine Anzeige, welche nach Empfangen der Fehlerhafter-Sensor-Identifikations-Information 71a einen sowohl sichtbaren als auch hörbaren unmittelbaren Alarm ausgibt, um zu identifizieren, welcher Sensor unnormal arbeitet. Beispielsweise zeigt dann, wenn ein Betriebsfehler bei dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 durch den Sensorfehler-Erfassungsabschnitt 71 erfaßt wird, die Fehleranzeige 72 an, daß der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 unnormal arbeitet. Ähnlich zeigt dann, wenn ein Betriebsfehler des Motorstromdetektors 28 durch den Sensorfehler-Erfassungsabschnitt 71 erfaßt wird, die Fehleranzeige 72 an, daß der Motorstromdetektor 28 unnormal arbeitet.

Der Sollstromkorrekturabschnitt 70 berechnet dann, wenn diesem die Fehlerhafter-Sensor-Identifikations-Information 71a nicht zugeführt wird, einen korrigierten Sollstrom ITH und gibt diesen aus. Der korrigierte Sollstrom ITH resultiert aus einem Sollstrom IT, welcher auf Grundlage des Lenkwinkelsignals 14a, des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals 16a, des Gierratesignals 18a und des Motordrehzahlsignals 25a korrigiert wird, um die gegenwärtigen Fahrzeugbetriebszustände umfassend den Lenkzustand, die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Gierrate, und um die Drehzahl des Elektromotors 10 zu berücksichtigen.

Der Sollstromkorrekturabschnitt 70 stoppt dann, wenn sich auf Grundlage der Fehlerhafter-Sensor-Identifikations-Information 71a ein unnormaler Betrieb des Lenkwinkelsensors 14 ergibt, den Sollstromkorrekturbetrieb auf Grundlage des Lenkwinkels. Ähnlich führt dann, wenn die Fehlerhafter- Sensor-Identifikations-Information 71a bewirkt, daß der Sollstromkorrekturabschnitt 70 erkennt, daß der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor unnormalen Betrieb aufweist, der Sollstromkorrekturabschnitt 70 eine Korrektur durch, um den Sollstrom IT unter der Annahme zu verringern, daß das Fahrzeug mit maximaler Geschwindigkeit fährt. Alternativ stoppt dann, wenn ein fehlerhafter Betrieb des Gierratesensors 18 durch den Sollstromkorrekturabschnitt 70 auf Grundlage der Fehlerhafter-Sensor-Identifikations-Information 71a erkannt wird, der Sollstromkorrekturabschnitt 70 den Sollstromkorrekturbetrieb auf Grundlage der Gierrate der Fahrzeugkarosserie, oder er führt eine Korrektur durch, um den Sollstrom IT unter der Annahme zu verringern, daß die Gierrate sich auf einem Maximum befindet. Ähnlich bewirkt die Fehlerhafter- Sensor-Identifikations-Information 71a, daß der Sollstromkorrekturabschnitt 70 erkennt, daß der Motorstromdetektor 28 der Motorspannungsdetektor 29 sich in einem unnormalen Betriebszustand befinden, wobei der Sollstromkorrekturabschnitt 70 die Korrektur des Sollstroms IT auf Grundlage der durch den Motordrehzahl-Berechnungsabschnitt 25 berechneten Motordrehzahl 25a stoppt.

Somit führt der Sollstromkorrekturabschnitt 70 Korrekturen der von den verbleibenden Sensoren (Sensoren im Normalbetrieb) zugeführten Signale durch und gibt die Ergebnisse der Korrekturen als korrigierten Sollstrom ITH aus, anstatt eine Korrektur des Sollstromkorrekturabschnitts 70 auf Grundlage des von einem fehlerhaften Sensor zugeführten Signals durchzuführen (oder ferner auf Grundlage eines fehlersicheren Betriebs, welcher basierend auf der Korrektur des Sollstroms IT auf Grundlage des Signals des fehlerhaften Sensors durchgeführt wird). Der korrigierte Sollstrom ITH wird dem Regelabschnitt (erster Treibersteuersignal- Generator) 23 und dem zweiten Treibersteuersignal-Generator 60 zugeführt.

Der Regelabschnitt (erster Treibersteuersignal-Generator) 23 erzeugt ein erstes Treibersteuersignal 32a als ein Ergebnis der PID-Regelung, welche auf einen Versatz zwischen dem korrigierten Sollstrom ITH, welcher auf Grundlage der Signale von den normal arbeitenden Sensoren korrigiert wurde, und dem Motorstrom IM in einer derartigen Weise angewandt wurde, daß sich der Versatz null nähert, und gibt ein derartiges Signal 32a aus.

Der zweite Treibersteuersignal-Generator 60 erzeugt ein zweites Treibersteuersignal 60a auf Grundlage des korrigierten Sollstroms ITH, welcher auf Grundlage der Signale von den normal arbeitenden Sensoren korrigiert wurde. Der zweite Treibersteuersignal-Generator 60 ist aufgebaut, um einen 50 bis 80%-igen Wert des korrigierten Sollstroms ITH auszugeben.

Der Motortreibersteuermodus-Umschaltabschnitt 61 ermöglicht dann, wenn das Treibersteuermodus-Umwandlungssignal 71b diesem nicht zugeführt wird, daß das von dem Regelabschnitt 23 ausgegebene erste Treibersteuersignal 32a dem Motortreiberabschnitt 24 zugeführt wird. Wenn das Treibersteuermodus-Umwandlungssignal 71b dem Motortreibersteuermodus-Umschaltabschnitt 61 zugeführt wird, ermöglicht der Motortreibersteuermodus-Umschaltabschnitt 61, daß das von dem zweiten Treibersteuersignal-Generator 60 ausgegebene zweite Treibersteuersignal 60a dem Motortreiberabschnitt 24 zugeführt wird.

In der Steuereinheit 20A des in Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels wird dann, wenn die Sensoren normal arbeiten, ein Sollstrom IT durch den Sollstromberechnungsabschnitt 21 auf Grundlage eines durch den Lenkdrehmomentsensor 12 erfaßten Lenkdrehmoments Tp festgelegt, dann wird ein korrigierter Sollstrom ITH durch den Sollstromkorrekturabschnitt 70 als Ergebnis einer Korrektur erzeugt, welche an dem Sollstrom auf Grundlage von Betriebszuständen des Fahrzeugs und der Drehzahl des Elektromotors 10 durchgeführt wird, und der Betrieb des Elektromotors 10 wird durch den Regelabschnitt derart geregelt, daß sich ein Versatz zwischen dem korrigierten Sollstrom ITH und einem Motorstrom M null nähert.

Wenn einer der Sensoren anormalen Betrieb aufweist, wird der Betrieb des Elektromotors 10 auf Grundlage des zweiten Treibersteuersignals 60a gesteuert. Da der zweite Treibersteuersignal-Generator 60 dieses zweite Treibersteuersignal 60a auf Grundlage des korrigierten Sollstroms ITH erzeugt, wenn der Lenkwinkelsensor 14, der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 und der Gierratesensor 18 im Normalbetrieb sind, wird der Elektromotor 10 im Betrieb durch einen korrigierten Sollstrom ITH gesteuert, welcher als Ergebnis der Korrektur des Sollstroms IM erhalten wird, welche auf Grundlage der von diesen Sensoren 14, 16, 18 zugeführten Signale durchgeführt wird.

In dem Fall, in welchem ein Betriebsfehler bei einem der folgenden Sensoren Lenkwinkelsensor 14, Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 und Gierratesensor 18 auftritt, während sich der Motorstromdetektor 28 im Normalbetrieb befindet, wird die Korrektur des Sollstroms auf Grundlage des Signals des fehlerhaften Sensors gestoppt (oder durch einen fehlersicheren Betrieb desselben ersetzt) und gleichzeitig wird eine Regelung auf Grundlage des Versatzes zwischen einem korrigierten Sollstrom ITH, welcher sich aus dem - basierend auf den Signalen der normal arbeitenden Sensoren korrigierten - Sollstrom ergibt, und dem Motorstrom IM durchgeführt.

Folglich kann selbst dann, wenn ein Fehler bei dem Motorstromdetektor 28 auftritt, die Bereitstellung des Lenkhilfsdrehmoments von dem Elektromotor 10 für das Lenksystem weiterhin gewährleistet werden. Wenn einer der folgenden Sensoren Lenkwinkelsensor 14, Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 und Gierratesensor 18 unnormalen Betrieb aufweist, wird der Betrieb des Elektromotors 10 geregelt, während der Sollstrom IT auf Grundlage der Ausgaben der verbleibenden im Normalbetrieb befindlichen Sensoren korrigiert.

Bei der Steuereinheit 20 des in Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels können der Sollstromberechnungsabschnitt 21 und der Sollstromkorrekturabschnitt 70 derart angeordnet sein, daß sie gemeinsam einen Sollstromberechnungsabschnitt bilden, welcher durch Berechnung zumindest auf Grundlage des Lenkdrehmomentsignals Tp einen dem Elektromotor 10 zuzuführenden Sollstrom bestimmt und ein Sollstromsignal entsprechend dem bestimmten Sollstrom ausgibt.

Zusätzlich können der Sollstromkorrekturabschnitt 70 und der Sensorfehler- Erfassungsabschnitt 71 des in Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels in der Steuereinheit 20 integriert sein, so daß das zweite Treibersteuersignal auf Grundlage des korrigierten Sollstroms ITH erzeugt wird, obwohl in der Steuereinheit 20 des in Fig. 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels ein durch den Sollstromberechnungsabschnitt 21 berechneter Sollstrom IT dem zweiten Treibersteuersignal-Generator 50 zugeführt wird, um ein zweites Treibersteuersignal 50a zu erzeugen.

Es ist offensichtlich, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen vor dem Hintergrund der vorstehenden Beschreibung möglich sind. Es ist selbstverständlich, daß im Rahmen der beigefügten Ansprüche die vorliegende Erfindung anderweitig, als voranstehend beschrieben, verwirklicht werden kann.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine elektrische Servolenkeinrichtung, welch umfaßt: eine Steuereinheit 20 mit einem Sensorfehler-Erfassungsabschnitt 26, einem ersten Treibersteuersignal- Erzeugungsabschnitt 23, einen zweiten Treibersteuersignal- Erzeugungsabschnitt 50 und einen Motortreibersteuermodus- Umschaltabschnitt 51. Wenn der Sensorfehler-Erfassungsabschnitt 26 keinen fehlerhaften Sensor erfaßt, wird der Betrieb eines Elektromotors 10 in einer derartigen Weise geregelt, daß ein Versatz zwischen einem Sollstrom, welcher nach Maßgabe eines Lenkdrehmoments festgesetzt ist, und einem Motorstrom null wird, und der Motor 10 stellt ein Lenkhilfsdrehmoment für das Lenksystem auf Grundlage eines ersten Treibersteuersignals 32a bereit, welches von dem ersten Treibersteuersignal-Erzeugungsabschnitt 23 zugeführt wird. Wenn durch den Sensorfehler-Erfassungsabschnitt 26 ein fehlerhafter Sensor erfaßt wird, schaltet der Motortreibersteuermodus- Umschaltabschnitt 51 die Treibersteuermoden des Motors 10 derart um, daß der Motor 10 auf Grundlage eines zweiten Treibersteuersignals 50a vorwärts geregelt wird, welches zweite Treibersteuersignal 50a durch den zweiten Treibersteuersignal-Erzeugungsabschnitt 50 auf Grundlage eines Sollstromsignals erzeugt wird, welches nach Maßgabe eines Lenkdrehmoments festgelegt ist.

Claims (2)

1. Elektrische Servolenkeinrichtung für ein Fahrzeug, umfassend

• - einen Elektromotor (10) zum Bereitstellen eines Lenkhilfsdrehmoments für ein Lenksystem, welches Lenksystem wirksam ein Lenkrad (2) und lenkbare Vorderräder (9, 9) des Fahrzeugs miteinander verbindet;
• - einen Lenkdrehmomentsensor (12) zum Erfassen eines Lenkdrehmoments des Lenksystems und zum Ausgeben eines Lenkdrehmomentsignals (Tp) entsprechend dem erfaßten Lenkdrehmoment;
• - einen Sollstromberechnungsabschnitt (21) zum Berechnen eines dem Elektromotor (10) zuzuführenden Sollstroms zumindest auf Grundlage des Lenkdrehmomentsignals (Tp) und zum Ausgeben eines Sollstromsignals (IT) entsprechend dem berechneten Sollstrom;
• - einen Motorstromdetektor (28) zum Erfassen eines in dem Elektromotor (10) fließenden Stromes und zum Ausgeben eines Motorstromsignals (IM) entsprechend dem erfaßten Strom;
• - einen Versatzberechnungsabschnitt (31) zum Berechnen eines Versatzes zwischen dem Sollstromsignal (IT) und dem Motorstromsignal (IM) und zum Ausgeben eines Versatzsignals (31a) entsprechend dem berechneten Versatz;
• - einen ersten Treibersteuersignal-Erzeugungsabschnitt (23) zum Erzeugen eines ersten Treibersteuersignals (32a) für den Elektromotor (10) auf Grundlage des Versatzsignals (31a);
• - einen zweiten Treibersteuersignalerzeugungsabschnitt (50; 60) zum Erzeugen eines zweiten Treibersteuersignals (50a; 60a) für den Elektromotor (10) auf Grundlage des Sollstromsignals (IT);
• - einen Fehlererfassungsabschnitt (26; 71) zum Erfassen einer Abnormität in der elektrischen Servolenkeinrichtung; und
• - einen Motortreibersteuermodus-Umschaltabschnitt (51; 61) zum Wechseln zwischen Treibersteuermoden des Elektromotors (10) derart, daß dann, wenn keine Abnormität in der Einrichtung durch den Fehlererfassungsabschnitt (26; 71) erfaßt wird, der Betrieb des Elektromotors (10) auf Grundlage des ersten Treibersteuersignals (32a) gesteuert wird, und dann, wenn in der Einrichtung durch den Fehlererfassungsabschnitt (26; 71) eine Abnormität erfaßt wird, der Betrieb des Elektromotors (10) auf Grundlage des zweiten Treibersteuersignals (50a; 60a) gesteuert wird.

2. Elektrische Servolenkeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlererfassungsabschnitt (71) einen Fehler in dem Motorstromdetektor (28) erfaßt.