DE3789033T2

DE3789033T2 - Motorbetriebene Servolenkung für Fahrzeuge.

Info

Publication number: DE3789033T2
Application number: DE3789033T
Authority: DE
Inventors: Shinichi C O Himeji Seis Kohge; Mitsuharu C O Himeji Morishita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-06-12
Filing date: 1987-06-12
Publication date: 1994-09-29
Anticipated expiration: 2007-06-13
Also published as: DE3789033D1; EP0249506A2; US4789040A; KR910000398B1; KR880000291A; EP0249506B1; EP0249506A3

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine motorisch angetriebene Servolenkanlage für ein Fahrzeug, die so ausgebildet ist, daß sie den von einem Fahrer durch eine Drehkraft eines Motors induzierten Lenkbetrieb mit einer Hilfskraft unterstützt.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Es ist bereits eine motorisch angetriebene Servolenkanlage für ein Fahrzeug bekannt, bei der ein Motor über ein Untersetzungsgetriebe und einen Kraftübertragungsmechanismus, wie etwa ein Zahnradgetriebe, ein Riemengetriebe oder dergleichen, mit einer mit einem Lenkrad und den lenkbaren Laufrädern des Fahrzeugs verbundenen Zahnstange betriebsmäßig verbunden ist, um den von dem Fahrer auf das Lenkrad aufgebrachten Lenkaufwand mit einer Hilfskraft zu unterstützen. Der Motor wird von einer Steuereinheit nach Maßgabe der Fahrzeuggeschwindigkeit, des von dem Fahrer auf das Lenkrad aufgebrachten Lenkdrehmoments und dergleichen geeignet gesteuert. Die Steuereinheit kann ein Leistungselement aufweisen, um den Strom zu steuern, der dem Motor von einer Stromquelle zugeführt wird.
Dieser Typ von motorisch angetriebener Servolenkanlage weist jedoch die folgenden Probleme auf. Insbesondere wenn die Servolenkanlage kontinuierlich in dem Betriebsbereich betrieben wird, der eine große Hilfskraft erfordert, würden der Motor selbst oder das Leistungselement aufgrund von Überhitzung oder eines anomalen Temperaturanstiegs ausfallen und somit den Hilfskraftbetrieb der Lenkanlage unwirksam machen. In diesem Fall wird die Unterstützung mit Hilfskraft plötzlich unterbrochen, so daß sich ein unsicheres oder instabiles Lenkgefühl auf seiten des Fahrers einstellt.
Die EP-PS 0174137 betrifft einen Sicherheitsmechanismus für eine elektrische Servolenkanlage mit den im Oberbegriff von Anspruch 1 definierten Merkmalen.
Das JP-Patent-Abstract Bd. 8, Nr. 189 (entsprechend der japanischen Veröffentlichung JP-A-59-77966) betrifft eine motorisch angetriebene Servolenkanlage, bei der eine Beurteilungseinrichtung vorgesehen ist, um zu bestimmen, ob ein elektrischer Strom einen vorbestimmten Wert übersteigt, um zu verhindern, daß die Temperatur eines Lenkmotors ansteigt.
Die GB-PS 2 145 678 betrifft eine Servolenkanlage, die einen Temperatursensor aufweist, um die Temperatur des Motors zu erfassen, wobei der Betrieb des Motors derart gesteuert wird, daß dann, wenn die erfaßte Temperatur höher als ein vorbestimmter Wert ist, der dem Motor zugeführte Strom allmählich verringert wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Angesichts des Vorstehenden soll die Erfindung die oben genannten Probleme des Stands der Technik überwinden und hat als Aufgabe die Bereitstellung einer motorisch angetriebenen Servolenkanlage für ein Fahrzeug, die in der Lage ist, zu verhindern, daß der Motor oder das Leistungselement aufgrund eines anomalen Temperaturanstiegs oder einer Überhitzung ausfällt, so daß eine daraus resultierende Unsicherheit oder Instabilität im Lenkgefühl des Fahrers vermieden oder verringert und die Sicherheit des Lenkbetriebs verbessert wird.
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, wird gemäß der Erfindung eine motorisch angetriebene Servolenkanlage für ein Fahrzeug bereitgestellt, das ein Lenkrad hat, das mit lenkbaren Laufrädern betriebsmäßig verbunden ist, so daß das Lenkrad von einem Fahrer gedreht wird, um die lenkbaren Laufräder geeignet zu lenken, wobei die motorisch angetriebene Servolenkanlage folgendes aufweist:
einen Drehmomentsensor, um eine Lenkkraft zu detektieren, die von dem Fahrer auf das Lenkrad aufgebracht wird, und um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die detektierte Lenkkraft repräsentiert;
einen Motor, der mit den lenkbaren Laufrädern betriebsmäßig verbunden und so ausgebildet ist, daß er von einer Stromquelle erregt wird, um die von dem Fahrer über das Lenkrad verursachte Lenkbewegung mit einer Hilfskraft zu unterstützen;
eine Kupplungseinrichtung, die zwischen dem Motor und den lenkbaren Laufrädern angeordnet ist, um die Übertragung einer Hilfskraft von dem Motor auf die lenkbaren Laufräder selektiv herzustellen und zu unterbrechen; und
eine Steuereinheit, die so ausgebildet ist, daß sie die Ausgangssignale des Drehmomentsensors empfängt, um den Betrieb des Motors zu steuern,
und ist gekennzeichnet durch:
einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu detektieren, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die detektierte Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentiert, wobei das Ausgangssignal von der Steuereinheit empfangen wird; und
einen Temperatursensor, um die Temperatur eines bestimmten Elements, das mit dem Motor in Beziehung steht, zu detektieren, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die detektierte Temperatur repräsentiert;
wobei:
die Kupplungseinrichtung derart gesteuert wird, daß die Übertragung einer Hilfskraft nach Maßgabe der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs hergestellt oder unterbrochen wird;
der Motor derart gesteuert wird, daß dann, wenn die detektierte Temperatur des mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements höher als ein vorbestimmter Wert ist, der dem Motor zugeführte Strom allmählich verringert wird, um die Temperatur des mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements innerhalb eines zulässigen Bereichs zu senken, so daß ein Ausfall des Motors aufgrund seiner Überhitzung verhindert wird; und
das mit dem Motor in Beziehung stehende Element eine Leistungselementeinrichtung aufweist, um den Strom, der von der Stromquelle dem Motor zugeführt wird, zu steuern; und die Steuereinheit so ausgebildet ist, daß sie den elektrischen Widerstand der Leistungselementeinrichtung auf der Basis der Spannung über dem Leistungselement und des durch dieses fließenden Stroms berechnet und die Temperatur der Leistungselementeinrichtung aus dem so berechneten elektrischen Widerstand vorgibt.
Bei einer weiteren Ausführungsform stellt die Steuereinheit fest, ob die detektierte Temperatur des mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements höher als der vorbestimmte Wert ist und steuert den dem Motor zugeführten Strom derart, daß der Motorstrom auf der Basis des detektierten Lenkdrehmoments und der detektierten Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert wird, wenn die detektierte Temperatur des mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements gleich dem oder niedriger als der vorbestimmte Wert ist, und derart, daß der Motorstrom innerhalb einer vorbestimmten Zeit allmählich auf einen vorbestimmten Wert verringert wird, um die Temperatur des mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements zu senken, wenn die Temperatur des mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements höher als der vorbestimmte Wert ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit so ausgebildet, daß sie beurteilt, daß die Temperatur des mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements höher als der vorbestimmte Wert ist, wenn Strom über einem vorbestimmten Wert dem Motor über eine Zeitdauer, die länger als eine vorbestimmte Periode ist, kontinuierlich zugeführt wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Steuereinheit folgendes auf:
eine Lenkdrehmoment-Meßeinrichtung, die ausgelegt ist, um das Ausgangssignal des Drehmomentsensors zu empfangen und das Lenkdrehmoment, das von dem Fahrer auf das Lenkrad aufgebracht wird, zu messen;
eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Meßeinrichtung, die ausgelegt ist, um das Ausgangssignal des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors zu empfangen und die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu messen;
eine Leistungselementwiderstands-Recheneinrichtung, um den elektrischen Widerstand des Leistungselements auf der Basis der Spannung über der Leistungselementeinrichtung und des durch sie fließenden Stroms zu berechnen, wobei die Leistungselementwiderstands-Recheneinrichtung ferner betätigbar ist, um die Temperatur der Leistungselementeinrichtung aus dem berechneten elektrischen Widerstand der Leistungselementeinrichtung vor zugeben;
eine Leistungselementtemperatur-Beurteilungseinrichtung, die ausgelegt ist, um das Ausgangssignal der Leistungselementwiderstands-Recheneinrichtung zu empfangen und zu beurteilen, ob die vorgegebene Temperatur der Leistungselementeinrichtung höher als ein vorbestimmter Wert ist oder nicht;
eine Motorstrom-Bestimmungseinrichtung, um einen geeigneten Wert von dem Motor zugeführtem Strom derart zu bestimmen, daß der Motorstrom auf der Basis des gemessenen Lenkdrehmoments und der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt wird, wenn die Temperatur-Beurteilungseinrichtung feststellt, daß die Temperatur der Leistungselementeinrichtung gleich dem oder niedriger als der vorbestimmte Wert ist, und derart, daß der Motorstrom verringert wird, um die Temperatur der Leistungselementeinrichtung zu senken, wenn die Temperatur-Beurteilungseinrichtung feststellt, daß die Temperatur der Leistungselementeinrichtung höher als der vorbestimmte Wert ist;
eine Leistungselement-Steuereinrichtung, um den Strom, der dem Motor durch die Leistungselementeinrichtung zugeführt wird, nach Maßgabe des Ausgangssignals der Motorstrom-Bestimmungseinrichtung zu steuern; und
eine Kupplungssteuereinrichtung, um den Betrieb der Kupplungseinrichtung nach Maßgabe der Ausgangssignale der Fahrzeuggeschwindigkeits-Meßeinrichtung zu steuern.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung einiger derzeit bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 bis 7 betreffen eine motorisch angetriebene Servolenkanlage gemäß der Erfindung; dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht der allgemeinen Anordnung der motorisch angetriebenen Servolenkanlage;
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Steuereinheit und ihrer zugeordneten Teile gemäß Fig. 1;
Fig. 3 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem Motorstrom und dem Lenkdrehmoment;
Fig. 4 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem Motorstrom und der Fahrzeuggeschwindigkeit sowie der Beziehung zwischen der Kupplungsspannung und der Fahrzeuggeschwindigkeit;
Fig. 5 eine zeitbezogene Änderung der Temperatur eines mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements gemäß Fig. 2 und eine zeitbezogene Änderung der Hilfskraft gemäß einem ersten Steuerungsablauf, der von der Steuereinheit von Fig. 2 ausgeführt wird;
Fig. 6 eine zeitbezogene Änderung der Temperatur des mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements und eine zeitbezogene Änderung der Hilfskraft gemäß einem zweiten Steuerungsablauf, der von der Steuereinheit von Fig. 2 ausgeführt wird; und
Fig. 7 ein Flußdiagramm des ersten Steuerungsablaufs, wie er von der Steuereinheit von Fig. 2 ausgeführt wird.
Fig. 8 und 9 betreffen eine Ausführungsform der Erfindung; dabei zeigen:
Fig. 8 ein Blockdiagramm der Steuereinheit und ihrer zugeordneten Teile; und
Fig. 9 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem elektrischen Widerstand und der Temperatur einer Leistungselementeinrichtung in Form eines MOS-Feldeffekt-Leistungstransistors (kurz: FET) der Steuereinheit; und
Fig. 10 eine zeitbezogene Änderung der Temperatur eines mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements gemäß Fig. 9.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Die Erfindung wird nachstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf eine derzeit bevorzugte Ausführungsform, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist, beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen sind gleiche oder entsprechende Teile oder Elemente der Ausführungsformen mit den gleichen Bezugzahlen und -zeichen bezeichnet.
Fig. 1 zeigt die allgemeine Anordnung einer motorisch angetriebenen Servolenkanlage gemäß der Erfindung. Die gezeigte motorisch angetriebene Lenkanlage weist folgendes auf: ein Lenkrad 1; eine Lenkwelle 2, die an ihrem oberen Ende mit dem Lenkrad 1 zur integralen Drehung damit fest verbunden ist; einen Drehmomentsensor 3, der an der Lenkwelle 2 angebracht ist, um eine von einem Fahrer auf das Lenkrad 1 aufgebrachte Drehkraft zu erfassen, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das das erfaßte Lenkdrehmoment repräsentiert, wobei die Lenkwelle 2 einen oberen Abschnitt 2a und einen unteren Abschnitt 2b aufweist, die durch ein erstes Universalgelenk 4a miteinander verbunden sind; ein erstes Ritzel 5, das an seinem oberen Ende durch ein zweites Universalgelenk 4b mit dem unteren Ende der Lenkwelle 2 betriebsmäßig verbunden ist; eine Zahnstange 6, die an ihren entgegengesetzten Enden durch Kugelgelenke 7a, 7b mit Spurstangen 8a, 8b betriebsmäßig verbunden ist, die ihrerseits mit einem Paar von lenkbaren Laufrädern (nicht gezeigt) verbunden sind, wobei die Zahnstange 6 einen ersten Verzahnungsbereich 6a, der mit dem ersten Ritzel 5 kämmt, und einen zweiten Verzahnungsbereich 6b hat, der in Axialrichtung von dem ersten Verzahnungsbereich 6a beabstandet oder anderweitig kontinuierlich dazu ist; einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 10, um die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu erfassen, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die erfaßte Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentiert; eine Stromquelle 11 in Form einer Batterie, die an dem Fahrzeug anbringbar ist; einen Schlüssel- oder Zündschalter 12; ein zweites Ritzel 17 in kämmendem Eingriff mit dem zweiten Verzahnungsbereich 6b an der Zahnstange 6; einen Motor 13 der über ein Untersetzungsgetriebe R mit dem zweiten Ritzel 17 betriebsmäßig verbunden ist, um die von dem Fahrer hervorgerufene Lenkbewegung der Zahnstange 6 mit einer Hilfskraft zu unterstützen, wobei der Motor 13 bevorzugt ein Gleichstrommotor ist, der ein Nebenschlußwicklungsfeld oder ein Magnetfeld hat und so ausgebildet ist, daß er von der Batterie 11 drehangetrieben wird; eine Kupplungseinrichtung 16 in Form einer elektromagnetischen Schaltkupplung, die zwischen dem Untersetzungsgetriebe R und dem zweiten Ritzel 17 angeordnet ist, um das mechanische Kuppeln zwischen dem Untersetzungsgetriebe R und dem zweiten Ritzel 17 nach Maßgabe der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs selektiv zu bewirken und zu lösen; einen Temperatursensor 18, um die Temperatur eines bestimmten Elements, das mit dem Motor 13 in Beziehung steht, zu erfassen, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die erfaßte Temperatur repräsentiert; und eine Steuereinheit 9, die so ausgelegt ist, daß sie Ausgangssignale des Drehmomentsensors 3, des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 10 und des Temperatursensors 18 empfängt, um den Betrieb des Motors 13 und der Kupplungseinrichtung 16 derart zu steuern, daß der dem Motor 13 zugeführte Strom und die auf die Kupplungseinrichtung 16 aufgebrachte Spannung nach Maßgabe des erfaßten Lenkdrehmoments, der erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeit und der erfaßten Temperatur des mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements geeignet gesteuert werden, um eine Störung oder einen Ausfall des Motors 13 aufgrund von Überhitzung desselben zu verhindern.
Das Untersetzungsgetriebe R weist eine Schnecke 14, die mit einer nicht gezeigten drehbaren Welle des Motors 13 unmittelbar verbunden ist, sowie ein Schneckenrad 15 auf, das mit der Schnecke 14 kämmt und mit der Kupplungseinrichtung 16 betriebsmäßig verbunden ist. Außerdem ist der Temperatursensor 18 wirksam, um die Temperatur des Motors 13 unmittelbar zu erfassen.
Wie Fig. 2 zeigt, weist die Steuereinheit 9 folgendes auf: eine Lenkdrehmoment-Meßeinrichtung 9a, die ausgelegt ist, um das Ausgangssignal des Drehmomentsensors zu empfangen und das Lenkdrehmoment, das von dem Fahrer auf das Lenkrad 1 aufgebracht wird, zu messen; eine Fahrzeuggeschwindigkeits- Meßeinrichtung 9b, die ausgelegt ist, um das Ausgangssignal des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 10 zu empfangen und die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu messen; eine Temperaturmeßeinrichtung 9c, die ausgelegt ist, um das Ausgangssignal des Temperatursensors 18 zu empfangen und die Temperatur des mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements oder des Motors 13 zu messen; eine Temperaturbeurteilungseinrichtung 9d, die ausgelegt ist, um das Ausgangssignal der Temperaturmeßeinrichtung 9c zu empfangen und zu beurteilen, ob die erfaßte Temperatur des Motors 13 höher als ein vorbestimmter Wert ist; eine Motorstrom-Bestimmungseinrichtung 9e, um einen geeigneten Wert von dem Motor 13 zugeführtem Strom derart zu bestimmen, daß der Motorstrom auf der Basis des gemessenen Lenkdrehmoments und der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt wird, wenn die Temperaturbeurteilungseinrichtung 9d feststellt, daß die erfaßte Temperatur des Motors 13 gleich dem oder niedriger als der vorbestimmte Wert ist, und derart, daß der Motorstrom verringert wird, um die Temperatur des Motors 13 zu senken, wenn die Temperaturbeurteilungseinrichtung 9d feststellt, daß die erfaßte Temperatur des Motors 13 höher als der vorbestimmte Wert ist; eine Motorstrom-Steuereinrichtung 9f, um den Strom, der dem Motor 13 zugeführt wird, nach Maßgabe des Ausgangssignals der Motorstrom-Bestimmungseinrichtung 9e zu steuern; und eine Kupplungssteuereinrichtung 9g, um den Betrieb der Kupplungseinrichtung 16 nach Maßgabe des Ausgangssignals der Fahrzeuggeschwindigkeits-Meßeinrichtung 9b zu steuern.
Nachstehend wird der Betrieb der Steuereinheit 9 im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 3 bis 7 beschrieben. Zunächst wird der Fall betrachtet, in dem ein Fahrzeug stationär ist oder stillsteht. In diesem Fall wird, wenn zunächst ein Schlüssel- oder Zündschalter (nicht gezeigt) eingeschaltet wird, um die Brennkraftmaschine anzulassen, die elektromagnetische Schaltkupplung 16 automatisch betätigt, um das zweite Ritzel 17 mit dem Schneckenrad 15 mechanisch zu kuppeln. In diesem Zustand ist, wenn das Lenkrad 1 von einem Fahrer gedreht wird, die Steuereinheit 9 wirksam, um den Betrieb des Motors 13 auf die in Fig. 3 gezeigte Weise zu steuern. Insbesondere wird, wenn das Lenkdrehmoment nach rechts zu Punkt a in Fig. 3 zunimmt, der Motor 13 eingeschaltet, und es wird ihm ein Offsetstrom mit einem bestimmten niedrigen Wert IOF (beispielsweise ca. 2-10 A) zugeführt, um den Trägheitseinfluß des Motors 13 und der mechanischen Teile zu verringern. Wenn das Lenkdrehmoment weiter zunimmt, beginnt der dem Motor 13 zugeführte Strom am Punkt b linear direkt proportional zur Intensität des Lenkdrehmoments zuzunehmen und erreicht 100% am Punkt c. Wenn dagegen das Lenkdrehmoment abnimmt, beginnt der durch den Motor 13 fließende Strom am Punkt c abzunehmen und nimmt am Punkt b den Offsetwert IOF an. Wenn das Lenkdrehmoment weiter abnimmt und Punkt a erreicht, wird die Stromzufuhr zum Motor 13 auf Null verringert, und der Motor 13 wird angehalten. Gleichermaßen wird der Motor 13 auf die gleiche Weise gesteuert, wenn das Lenkdrehmoment nach links zu- oder abnimmt. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß das Hilfskraftdrehmoment, das von dem Motor 13 erzeugt wird, zu dem diesem zugeführten Strom direkt proportional ist.
Wie Fig. 3 zeigt, wird also, wenn das Lenkdrehmoment zunimmt, der Motor 13 am Punkt a aktiviert oder eingeschaltet, und es wird ihm der Offsetstrom IOF zugeführt. Wenn das Lenkdrehmoment weiter zunimmt, beginnt der dem Motor 13 zugeführte Strom am Punkt b allmählich zuzunehmen, so daß also das Ausgangsdrehmoment des Motors 13, das auf die Schnecke 14 zu übertragen ist, allmählich zunimmt. Infolgedessen wird das Hilfskraftdrehmoment, dessen Intensität dem vom Fahrer auf das Lenkrad 1 aufgebrachten Lenkaufwand entspricht, von dem Motor 13 auf den zweiten Verzahnungsbereich 6b an der Zahnstange 6 durch die Zwischenschaltung der Schnecke 14, des Schneckenrads 15, der elektromagnetischen Schaltkupplung 16 und des zweiten Ritzels 17 übertragen, so daß der Lenkvorgang für den Fahrer erleichtert wird.
Anschließend wird der Fall betrachtet, in dem das Fahrzeug fährt. Wie Fig. 4 zeigt, steuert in diesem Fall die Steuereinheit 9 den Betrieb des Motors 13 und der elektromagnetischen Schaltkupplung 16 auf die folgende Weise. Der dem Motor 13 zugeführte Strom wird auf einen Offsetstromwert IOF (ca. 2-10 A) am Punkt d in Fig. 4 verringert, an dem die Fahrzeuggeschwindigkeit auf eine vorbestimmte zweite Referenzgeschwindigkeit V&sub2; ansteigt, wird auf dem Offsetstromwert IOF konstant gehalten, bis die Fahrzeuggeschwindigkeit weiter auf eine vorbestimmte erste Referenzgeschwindigkeit V&sub1; am Punkt e in Fig. 4 ansteigt, und wird auf Null am Punkt e verringert. Außerdem wird die auf die Kupplung 16 aufgebrachte Spannung auf 100% konstant gehalten, bis die Fahrzeuggeschwindigkeit auf den ersten Referenzgeschwindigkeitswert V&sub1; am Punkt e ansteigt, und beim ersten Referenzgeschwindigkeitswert V&sub1; zu Null gemacht, so daß die Kupplung 16 abgeschaltet wird, um die mechanische Verbindung zwischen dem Schneckenrad 15 und dem zweiten Ritzel 17 zu lösen, wodurch der Lenkvorgang für den Fahrer ohne Unterstützung mit Hilfskraft erschwert wird.
Wenn dagegen eine Unterstützung mit einer relativ großen Hilfskraft kontinuierlich erforderlich ist, beispielsweise wenn das Fahrzeug im Stillstand oder beim Fahren mit sehr geringer Geschwindigkeit gelenkt wird, steuert die Steuereinheit 9 den Motor 13 und die elektromagnetische Schaltkupplung 16 auf eine Weise, die in Fig. 5 gezeigt ist. Wenn dabei die Temperatur des mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements wie etwa des Motors 13, die von dem Temperatursensor 18 erfaßt wird, über einen vorbestimmten Wert RA ansteigt, der innerhalb einer Ausfallgrenze (beispielsweise 100-120ºC) des mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements liegt, ist die Steuereinheit 9 wirksam, um den Motorstrom zu verringern, so daß die Temperatur des mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements zwangsweise auf oder unter den vorbestimmten Wert RA sinkt und dort gehalten wird, so daß ein daraus resultierender Ausfall des mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements verhindert wird. Infolgedessen ist es möglich, eine Überhitzung des Motors 13 oder eine plötzliche Unterbrechung der Stromzufuhr zu dem Motor 13 aufgrund des Ausfalls des mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements zu vermeiden. Dies dient dazu, eine abrupte Änderung im Lenkgefühl sowie Unsicherheit, Instabilität oder ähnliche andere unerwünschte Empfindungen zu verhindern, die sonst durch einen plötzlichen Wegfall der Hilfskraft hervorgerufen würden.
In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, den Motorstrom und somit die Hilfskraft in einer vorbestimmten Zeitdauer Td (beispielsweise 0,5-1 s) allmählich auf Null zu verringern, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Auch in diesem Fall sind die oben beschriebenen Wirkungen erhältlich, weil die Hilfskraft allmählich auf Null verringert wird.
Insbesondere wird der gesamte Betrieb der Servolenkanlage dieser Anordnung auf die in dem Flußdiagramm von Fig. 7 gezeigte Weise gesteuert. In Fig. 7 wird die Steuereinheit 9 nach dem Einschalten des Schlüssel- oder Zündschalters 12 initialisiert, und dann mißt in Schritt S1 auf der Basis des Ausgangssignals des Lenkdrehmomentsensors 3 die Lenkdrehmoment-Meßeinrichtung 9a das von dem Fahrer auf das Lenkrad 1 aufgebrachte Lenkdrehmoment TS. In Schritt S2 mißt die Fahrzeuggeschwindigkeits-Meßeinrichtung 9b auf der Basis des Ausgangssignals des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 10 die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und erzeugt ein Ausgangssignal, das die gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentiert, und in Schritt S3 mißt die Temperaturmeßeinrichtung 9c auf der Basis des Ausgangssignals des Temperatursensors 18 die Temperatur RP des mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements, wie etwa des Motors 13 selbst und erzeugt ein Ausgangssignal, das die gemessene Temperatur RP repräsentiert. In Schritt S4 liest die Motorstrom-Bestimmungseinrichtung 9e einen dem gemessenen Lenkdrehmoment TS entsprechenden Motorstrom IM1 aus, der dem Motor 13 von der Stromquelle 11 zugeführt wird. In Schritt S5 wird abgefragt, ob die gemessene Temperatur RP des mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements höher als eine vorbestimmte Referenztemperatur RA ist; bei NEIN geht der Steuerungsablauf zu Schritt S8 weiter, in dem der in Schritt S4 ausgelesene neue Motorstrom IM1 als IM1 an den Motor 13 abgegeben wird. Wenn die gemessene Temperatur RP höher als die Referenztemperatur RA ist, geht der Steuerungsablauf zu Schritt S6 weiter, in dem der neu ausgelesene Motorstrom IM1 mit dem vorhergehenden Motorstromausgang IM0, der zuvor ausgelesen wurde, verglichen wird. Wenn der neue Motorstrom IM1 kleiner als der vorhergehende Motorstromausgang IM0 ist, wird der Motorstromausgang IM1 dem Motor 13 in Schritt S8 zugeführt. Bei IM1 > IM0 wird in Schritt S7 ein Motorstrom IM, der durch Multiplikation des vorhergehenden Motorstromausgangs IM0 mit einer Motorstrom-Verringerungskonstanten KR, die kleiner als 1 ist, errechnet wird, an den Motor 13 abgegeben. Danach wird in Schritt S9 abgefragt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als eine erste Referenzgeschwindigkeit V&sub1; ist; bei V > V&sub1; geht der Steuerungsablauf zu Schritt S15 weiter, in dem der Motorstromausgang zu Null gemacht wird, und dann wird in Schritt S16 die elektromagnetische Schaltkupplung 16 abgeschaltet oder getrennt. Bei V ≤ V&sub1; in Schritt S9 geht dagegen der Steuerungsablauf zu Schritt S10 weiter, in dem weiter abgefragt wird, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als eine zweite Referenzgeschwindigkeit V&sub2; ist, die kleiner als die erste Referenzgeschwindigkeit V&sub1; ist. Bei V > V&sub2; wird der Motorstrom auf einen Offsetstromwert IOF (beispielsweise 2-10 A) in Schritt S11 verringert, und die Kupplung 16 wird in Schritt S13 eingeschaltet oder eingerückt. Bei V ≤ V&sub2; in Schritt S10 geht dagegen der Steuerungsablauf zu Schritt S12 weiter, in dem der Motorstrom IM, der dem in Schritt S1 neu gemessenen neuen Lenkdrehmoment TS entspricht, abgegeben wird; dann geht der Steuerungsablauf zu Schritt S13 weiter. Nach Schritt S13 oder S16 wird der Motorstrom IM, der dem neu gemessenen Lenkdrehmoment TS entspricht, als vorhergehender Motorstromausgang IM0 gespeichert, und der Steuerungsablauf springt zu Schritt S1 zurück. Danach werden die gleichen Ablaufschritte wiederholt.
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die mit Ausnahme des Aufbaus einer Steuereinheit 109 der vorherigen Ausführungsform, die in Fig. 1 bis 7 gezeigt ist, im wesentlichen gleich ist. Insbesondere weist bei dieser Ausführungsform die Steuereinheit 109 folgendes auf: eine Lenkdrehmoment-Meßeinrichtung 109a; eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Meßeinrichtung 109b; eine Leistungselementeinrichtung 109h, um den Strom, der dem Motor 13 von der Stromquelle 11 zugeführt wird, zu steuern; eine Leistungselementwiderstands-Recheneinrichtung 109c, um den elektrischen Widerstand der Leistungselementeinrichtung 109h während ihres Betriebs auf der Basis der Spannung über der Leistungselementeinrichtung 109h und des durch sie fließenden Stroms zu berechnen, wobei die Leistungselementwiderstands-Recheneinrichtung 109c ferner betätigbar ist, um die Temperatur der Leistungselementeinrichtung 109h aus dem so berechneten elektrischen Widerstand vorzugeben; eine Leistungselementtemperatur-Beurteilungseinrichtung 109d, die ausgelegt ist, um das Ausgangssignal der Leistungselementwiderstands-Recheneinrichtung 109c zu empfangen und zu beurteilen, ob die von der Leistungselementwiderstands-Recheneinrichtung 109c vorgegebene Temperatur der Leistungselementeinrichtung 109h höher als ein vorbestimmter Wert ist; eine Motorstrom-Bestimmungseinrichtung 109e, um einen geeigneten Wert von dem Motor 13 zugeführtem Strom derart zu bestimmen, daß der Motorstrom auf der Basis des gemessenen Lenkdrehmoments und der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt wird, wenn die Leistungselementtemperatur-Beurteilungseinrichtung 109d feststellt, daß die Temperatur der Leistungselementeinrichtung 109h gleich dem oder niedriger als der vorbestimmte Wert ist, und derart, daß der Motorstrom verringert wird, um die Temperatur der Leistungselementeinrichtung 109h zu senken, wenn die Leistungselementtemperatur-Beurteilungseinrichtung 109d feststellt, daß die Temperatur der Leistungselementeinrichtung 109h höher als der vorbestimmte Wert ist; eine Leistungselement-Steuereinrichtung 109g, um den Strom, der dem Motor 13 durch die Leistungselementeinrichtung 109h zugeführt wird, nach Maßgabe des Ausgangssignals der Motorstrom-Bestimmungseinrichtung 109e zu steuern; und eine Kupplungssteuereinrichtung 109f, um den Betrieb der Kupplungseinrichtung 16 nach Maßgabe des Ausgangssignals der Fahrzeuggeschwindigkeits-Meßeinrichtung 109b zu steuern.
Die Leistungselementeinrichtung 109h weist vier Leistungselemente 109h&sub1; bis 109h&sub4; auf, jeweils in Form eines MOS- Feldeffekt-Leistungstransistors. Von diesen Leistungselementen sind das erste und das vierte Leistungselement 109h&sub1; und 109h&sub4; miteinander in Reihe geschaltet, und das zweite und das dritte Leistungselement 109h&sub2; und 109h&sub3; sind ebenfalls miteinander in Reihe geschaltet und mit dem ersten und dem vierten Leistungselement 109h&sub1; und 109h&sub4; parallelgeschaltet. Der Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem dritten Leistungselement 109h&sub1; und 109h&sub3; ist mit der positiven Elektrode der Stromquelle 11 elektrisch verbunden, und der Verbindungspunkt zwischen dem zweiten und dem vierten Leistungselement 109h&sub2; und 109h&sub4; ist durch einen Stromsensor 109i in Form eines Widerstands mit der negativen Elektrode der Stromquelle 11 elektrisch verbunden.
Der Stromsensor 109i dient dazu, den Strom zu messen, der dem Motor 13 über die Leistungselementeinrichtung 109h von der Stromquelle 11 zugeführt wird. Der Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem vierten Leistungselement 109h&sub1; und 109h&sub4; ist mit der Leistungselementwiderstands-Recheneinrichtung 109c und dem Motor 13 elektrisch verbunden, und der Verbindungspunkt zwischen dem zweiten und dem dritten Leistungselement 109h&sub2; und 109h&sub3; ist ebenfalls mit der Leistungselementwiderstands-Recheneinrichtung 109c und dem Motor 13 elektrisch verbunden. Die Leistungselementeinrichtung 109h ist ferner mit der Leistungselement-Steuereinrichtung 109g elektrisch verbunden, so daß die Leistungselementeinrichtung 109h von dem Ausgangssignal der Leistungselement- Steuereinrichtung 109g gesteuert wird.
Die Leistungselementwiderstands-Recheneinrichtung 109c dient dazu, den elektrischen Widerstand der Leistungselementeinrichtung 109h auf der Basis des durch diese fließenden Stroms, der von dem Stromsensor 109i erfaßt wird, und der Spannung über der Leistungselementeinrichtung 109h zu berechnen. Insbesondere wird die Anschlußspannung (d. h. die Spannung zwischen den Drain- und Sourceanschlüssen) über dem zweiten Leistungselement 109h&sub2; oder dem vierten Leistungselement 109h&sub4; im eingeschalteten oder einem leitenden Zustand von der Leistungselementwiderstands-Recheneinrichtung 109c gemessen, und der durch das zweite oder das vierte Leistungselement 109h&sub2; oder 109h&sub4; fließende Strom wird von dem Stromsensor 109i gemessen.
Aus der so gemessenen Anschlußspannung und dem so gemessenen Strom wird der elektrische Widerstand der Leistungselementeinrichtung 109h berechnet, auf dessen Basis die Temperatur der Leistungselementeinrichtung 109h geschätzt wird, und zwar unter Verwendung einer bestimmten Beziehung zwischen ihnen, wie in Fig. 9 gezeigt ist. In Fig. 9 bezeichnet die Abszisse die Temperatur jedes MOS-Feldeffekt-Leistungstransistors, und die Ordinate bezeichnet den elektrischen Widerstand jedes MOS-Feldeffekt-Leistungstransistors. Dann stellt die Leistungselementtemperatur-Beurteilungseinrichtung 109d fest, ob die so vorgegebene Temperatur der Leistungselementeinrichtung 109h höher als die vorbestimmte Referenztemperatur ist. Bei dieser Ausführungsform wird also anstelle einer unmittelbaren Messung der Temperatur des Motors 13 selbst die Temperatur der Leistungselementeinrichtung 109h, die ein mit dem Motor in Beziehung stehendes Element ist, gemessen. Im übrigen ist der Betrieb oder der Steuerungsablauf dieser Ausführungsform der in Fig. 1 bis 7 gezeigten Anordnung im wesentlichen gleich, so daß eine weitere Beschreibung entfällt.
Wie aus dem Vorstehenden deutlich ersichtlich ist, wird gemäß der Erfindung die Temperatur eines mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements, wie etwa eines Motors selbst, einer Leistungselementeinrichtung oder dergleichen, von einem Temperatursensor gemessen, und dann, wenn die so gemessene Temperatur höher als eine vorbestimmte Referenztemperatur ist, wird der dem Motor zugeführte Strom verringert, um die Temperatur des mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements innerhalb eines zulässigen Bereichs zu senken. Infolgedessen ist es möglich, eine Beschädigung oder einen Ausfall des mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements und somit des Motors aufgrund eines anomalen Temperaturanstiegs oder einer Überhitzung zu verhindern.
Außerdem wird der Motorstrom allmählich und kontinuierlich verringert, während die Temperatur des mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements ansteigt, so daß es keinen abrupten Wechsel im Lenkmodus von Servolenken zu manuellem Lenken oder umgekehrt gibt, so daß die Erzeugung von Stößen sowie Unsicherheit oder Instabilität im Lenkgefühl auf seiten des Fahrers vermieden werden, die sonst bei einem Wechsel im Lenkmodus bei einer herkömmlichen motorisch angetriebenen Servolenkanlage auftreten würden. Die Servolenkanlage der Erfindung gewährleistet also eine sehr hohe Betriebssicherheit.

Claims

1. Motorisch angetriebene Servolenkanlage für ein Fahrzeug, das ein Lenkrad (1) hat, das mit lenkbaren Laufrädern betriebsmäßig verbunden ist, so daß das Lenkrad von einem Fahrer gedreht wird, um die lenkbaren Laufräder geeignet zu lenken, wobei die motorisch angetriebene Servolenkanlage folgendes aufweist:

- einen Drehmomentsensor (3), um eine Lenkkraft zu detektieren, die von dem Fahrer auf das Lenkrad (1) aufgebracht wird, und um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die detektierte Lenkkraft repräsentiert;

- einen Motor (13), der mit den lenkbaren Laufrädern betriebsmäßig verbunden und so ausgebildet ist, daß er von einer Stromquelle (11) erregt wird, um die von dem Fahrer über das Lenkrad verursachte Lenkbewegung mit einer Hilfskraft zu unterstützen;

- eine Kupplungseinrichtung (16), die zwischen dem Motor und den lenkbaren Laufrädern angeordnet ist, um die Übertragung einer Hilfskraft von dem Motor auf die lenkbaren Laufräder selektiv herzustellen und zu unterbrechen; und

- eine Steuereinheit (9; 109; 209), die so ausgebildet ist, daß sie die Ausgangssignale des Drehmomentsensors (3) empfängt, um den Betrieb des Motors (13) zu steuern;

gekennzeichnet durch:

- einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (10), um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu detektieren, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die detektierte Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentiert und das von der Steuereinheit empfangen wird; und

- einen Temperatursensor (18; 109c, 109d; 209c, 209d), um die Temperatur eines bestimmten Elements, das mit dem Motor in Beziehung steht, zu detektieren, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die detektierte Temperatur repräsentiert;

wobei:

- die Kupplungseinrichtung (16) derart gesteuert wird, daß die Übertragung einer Hilfskraft nach Maßgabe der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs hergestellt oder unterbrochen wird;

- der Motor (13) derart gesteuert wird, daß dann, wenn die detektierte Temperatur des mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements höher als ein vorbestimmter Wert ist, der dem Motor zugeführte Strom allmählich verringert wird, um die Temperatur des mit dem Motor in Beziehung stehenden Elements innerhalb eines zulässigen Bereichs zu senken, so daß ein Ausfall des Motors aufgrund seiner Überhitzung verhindert wird; und

- das mit dem Motor in Beziehung stehende Element eine Leistungselementeinrichtung (109c) aufweist, um den Strom, der von der Stromquelle (11) dem Motor (13) zugeführt wird, zu steuern; und

- die Steuereinheit (109) so ausgebildet ist, daß sie den elektrischen Widerstand der Leistungselementeinrichtung (109c) auf der Basis der Spannung über dem Leistungselement und des durch dieses fließenden Stroms berechnet und die Temperatur der Leistungselementeinrichtung aus dem so berechneten elektrischen Widerstand vorgibt.

2. Motorisch angetriebene Servolenkanlage nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (109) folgendes aufweist:

- eine Lenkdrehmoment-Meßeinrichtung (109a), die ausgelegt ist, um das Ausgangssignal des Drehmomentsensors (3) zu empfangen und das Lenkdrehmoment, das von dem Fahrer auf das Lenkrad aufgebracht wird, zu messen;

- eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Meßeinrichtung (109b), die ausgelegt ist, um das Ausgangssignal des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors zu empfangen und die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu messen;

- eine Leistungselementwiderstands-Recheneinrichtung (109c), um den elektrischen Widerstand des Leistungselements auf der Basis der Spannung über der Leistungselementeinrichtung und des durch sie fließenden Stroms zu berechnen, wobei die Leistungselementwiderstands-Recheneinrichtung (109c) ferner betätigbar ist, um die Temperatur der Leistungselementeinrichtung aus dem berechneten elektrischen Widerstand der Leistungselementeinrichtung vor zugeben;

- eine Leistungselementtemperatur-Beurteilungseinrichtung (109d), die ausgelegt ist, um das Ausgangssignal der Leistungselementwiderstands-Recheneinrichtung (109c) zu empfangen und zu beurteilen, ob die vorgegebene Temperatur der Leistungselementeinrichtung höher als ein vorbestimmter Wert ist oder nicht;

- eine Motorstrom-Bestimmungseinrichtung (109e), um einen geeigneten Pegel von dem dem Motor zugeführtem Strom derart zu bestimmen, daß der Motorstrom auf der Basis des gemessenen Lenkdrehmoments und der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt wird, wenn die Temperaturbeurteilungseinrichtung festgestellt hat, daß die Temperatur der Leistungselementeinrichtung gleich dem oder niedriger als der vorbestimmte Wert ist, und derart, daß der Motorstrom verringert wird, um die Temperatur der Leistungselementeinrichtung zu senken, wenn die Temperatur-Beurteilungseinrichtung festgestellt hat, daß die Temperatur der Leistungselementeinrichtung höher als der vorbestimmte Wert ist;

- eine Leistungselement-Steuereinrichtung (109g), um den Strom, der dem Motor (13) durch die Leistungselementeinrichtung zugeführt wird, nach Maßgabe des Ausgangssignals der Motorstrom-Bestimmungseinrichtung zu steuern; und

- eine Kupplungssteuereinrichtung (109f), um den Betrieb der Kupplungseinrichtung nach Maßgabe der Ausgangssignale der Fahrzeuggeschwindigkeits-Meßeinrichtung (109b) zu steuern.