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Die
vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine elektrische Servolenkeinrichtung,
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.
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Aus
der
DE 38 12 317 A1 ist
eine elektrische Servolenkeinrichtung bekannt umfassend: einen Elektromotor
zum Bereitstellen eines Lenkhilfsdrehmoments für ein Lenksystem, welches Lenksystem wirksam
ein Lenkrad und lenkbare Vorderräder
des Fahrzeugs miteinander verbindet; einen Lenkdrehmomentsensor
zum Erfassen eines Lenkdrehmoments des Lenksystems und zum Ausgeben
eines Lenkdrehmomentsignals entsprechend dem erfaßten Lenkdrehmoment;
einen Sollstromberechnungsabschnitt 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 in dem Elektromotor
fließenden
Stromes und zum Ausgeben eines Motorstromsignals entsprechend dem
erfaßten
Strom; einen Treibersteuersignalerzeugungsabschnitt zum Erzeugen
eines Treibersteuersignals für
den Elektromotor auf Grundlage des Sollstromsignals; und einen Fehlererfassungsabschnitt
zum Erfassen einer Abnormität
in der elektrischen Servolenkeinrichtung.
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4 der begleitenden Zeichnungen
zeigt in einem Blockdiagramm den allgemeinen Aufbau einer Steuereinheit 120 einer
herkömmlichen
elektrischen Servolenkeinrichtung.
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Die
herkömmliche
Steuereinheit 120 umfaßt im
allgemeinen einen Sollstrom-Berechnungsabschnitt 121, einen
Sollstrom-Korrekturabschnitt 122, einen Regelabschnitt 123 (F/B),
einen Motortreiberabschnitt 124, einen Motordrehzahl-Berechnungsabschnitt 125,
einen Sensorfehler-Erfassungsabschnitt 126 und einen Fehleranzeigeabschnitt
oder eine Fehler-Anzeige 127.
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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.
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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 Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 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 durchgeführt 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.
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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 "Motorstrom" bezeichnet), welches
einem durch eine Motorstromerfassungseinheit oder einen Detektor 128 erfaßten Motorstrom
entspricht, und gibt ein Versatzsignal 131a aus, welches
den bestimmten Versatz (ITH – IM)
wiedergibt. Das Versatzsignal 131a wird dem PID-Regler 132 zugeführt. Der
PID-Regler verarbeitet das Versatzsignal 131a 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.
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Der
Motortreiberabschnitt 124 umfaßt einen PWM ("pulse-width modulation", 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 Elektromotors 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 Lenkdrehmoments
Tp und steuert dadurch die Ausgangsleistung (Lenkhilfskraft oder
-drehmoment) des Elektromotors 110.
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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.
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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.
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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 Motortreiberschaltung 143 angeordnet ist, wodurch
der Betrieb des Elektromotors 110 gestoppt wird.
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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.
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Allerdings
wird bei der herkömmlichen
elektrischen Servolenkeinrichtung mit der in 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 Lenk-Hilfsdrehmoments
nach Maßgabe
von Betriebszuständen
des Fahrzeugs vorgesehener Sensor abnormalen Betrieb aufweist, oder
wenn fälschlicherweise
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.
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Um
diese durch plötzliche
Unterbrechung der Bereitstellung von Lenkhilfskraft 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.
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Es
ist demzufolge ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine elektrische
Servolenkeinrichtung bereitzustellen, welche den Betrieb eines Elektromotors zum
Bereitstellen einer Lenkhilfskraft oder eines Lenk-Hilfsdrehmoments
selbst dann fortsetzen kann, wenn ein für die Regelung des Elektromotors
vorgesehener Motorstromdetektor oder ein anderer für das Bereitstellen
von Information zum Korrigieren des Lenk-Hilfsdrehmoments vorgesehener
Sensor abnormalen Betrieb zeigt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine elektrische Servolenkeinrichtung für ein Fahrzeug vorgesehen,
umfassend:
- – einen Elektromotor zum Ausüben eines Lenk-Hilfsdrehmoments
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 Versatzsignals, um
den Elektromotor zu treiben;
- – einen
zweiten Treibersteuersignal-Erzeugungsabschnitt zum Erzeugen eines
zweiten Treibersteuersignals auf Grundlage des Sollstromsignals,
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 Abnormität
erfaßt
wird, der Betrieb des Elektromotors auf Grundlage des zweiten Treibersteuersignals
gesteuert wird.
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Der
Fehlererfassungsabschnitt erfaßt
einen Fehler in dem Motorstromdetektor.
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Bei
der elektrischen Servolenkeinrichtung wird dann, wenn in der Einrichtung
keine Abnormität erfaßt wird,
wie beispielsweise ein Versagen des Motorstromdetektors, der Elektromotor
auf Grundlage des ersten Treibersteuersignals 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 Lenk-Hilfsdrehmoment
entsprechend dem Lenkdrehmoment zugeführt.
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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
Lenkdrehmoments festgesetzten Sollstromsignals erzeugt wird. Somit
wird vom Elektromotor auf das Lenksystem ein Lenk-Hilfsdrehmoment
entsprechend dem Lenkdrehmoment ausgeübt.
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Das
elektrische Servolenksystem gemäß der vorliegenden
Erfindung kann das Bereitstellen eines Lenk-Hilfsdrehmoments 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 Lenk-Hilfsdrehmoments plötzlich unterbrochen
ist, das Lenkrad schwergängig
wird, wodurch der Fahrer irritiert wird und die Lenkbarkeit des
Fahrzeugs verschlechtert wird.
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Das
oben genannte und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
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.
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1 ist
eine schematische Ansicht, welche den allgemeinen Aufbau einer elektrischen
Servolenkeinrichtung zeigt;
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2 ist
ein Blockdiagramm, welches eine Steuereinheit der elektrischen Servolenkeinrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ist
ein Blockdiagramm, welches eine Steuereinheit der elektrischen Servolenkeinrichtung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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4 ist
ein Blockdiagramm, welches eine Steuereinheit einer herkömmlichen
elektrischen Servolenkeinrichtung zeigt.
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Bestimmte
bevorzugte Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung werden nachfolgend detaillierter mit Bezug
auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen gleiche
Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile über die einzelnen Ansichten
hinweg bezeichnen.
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Mit
Bezug auf 1 ist der allgemeine Aufbau
einer elektrischen Servolenkeinrichtung 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 verbindendes 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.
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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 Universalgelenken 4a, 4b mit
einem Kitzel 6 eines Zahnstangen-Ritzelmechanismus 5 verbunden.
Das Ritzel 6 kämmt
mit einer Zahnstange, welche eine Verzahnung 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.
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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 Lenk-Hilfsdrehmoments konzentrisch zu der Zahnstange 7 angeordnet,
und eine Ausgangsrotation des Elektromotors 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 Elektromotor 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.
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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.
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2 zeigt
in einem Blockdiagramm die Anordnung eines ersten Ausführungsbeispiels
der Steuereinheit 20 gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Wie
in 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 4 gezeigten herkömmlichen
Steuereinheit 120 dadurch, daß der zweite Treibersteuersignal-Generator 50 und
der Motortreibersteuermodus-Umschaltabschnitt 51 zusätzlich vorgesehen sind.
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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.
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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.
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Der
Regelabschnitt 23 umfaßt
einen Versatzberechnungsteil 31 und einen PID- (Proportional- und
Integral- und Differential-) Regelteil oder -Regler 32.
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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.
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Der
Motortreiberabschnitt 24 umfaßt ein PWM ("pulse-width modulation", Pulsbreitenmodulation)-Signal-Erzeugungsteilodereinen-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.
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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.
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Der
Sensorfehler-Erfassungsabschnitt 26 überwacht das Lenkwinkelsignal 14a,
das Fahrzeuggeschwindingkeitssignal 16a, das Gierratesignal 18a,
das Motorgeschwindigkeitssignal 25a, den Motorstrom IM
und die Motorspannung VM. Wenn eines der Signale 14a, 16a, 18a, 25a,
IM und VM 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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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Im
Folgenden wird auf 3 Bezug genommen, welche in
einem Blockdiagramm den Aufbau einer Steuereinheit 20A gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Wie
in 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.
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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.
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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.
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Die
Fehleranzeige 72 ist eine Anzeige, welche nach Empfangen
der Fehlerhafter-Sensor-Identifikations-Information 71a einensowohlsichtbaren 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-Erfassungabschnitt 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In
der Steuereinheit 20A des in 3 gezeigten
zweiten Ausführungsbeispiels
wird dann, wenn die Sensoren normal arbeiten, ein Sollstrom IT durch
den Sollstromberechnungabschnitt 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
IM null nähert.
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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.
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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.
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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.
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Bei
der Steuereinheit 20 des in 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.
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Zusätzlich können der
Sollstromkorrekturabschnitt 70 und der Sensorfehler-Erfassungsabschnitt 71 des
in 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 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.
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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.
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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-Erfassungabschnitt 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.