DE4231328A1 - Verfahren und vorrichtung fuer eine von einem motor angetriebene servolenkung - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine von einem Motor angetriebene Servolenkung für ein Fahrzeug, bei dem ein Motor betriebsmäßig mit lenkbaren Straßenrädern des Fahrzeuges über eine Kupplung verbunden ist, um den Lenkvorgang des Fahrers zu unterstützen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein derartiges Verfahren und eine Vorrichtung wie beschrieben, bei dem die Kupplung ausgerückt wird, um den Motor von den lenkbaren Straßenrädern zu trennen, nur wenn eine Abnormalität bei der Servolenkungsoperation erfaßt wird, wenn sich das Fahrzeug bei hohen Geschwindigkeiten fortbewegt.

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Vorrichtung für eine von einem Motor angetriebene Servolenkung, wie beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 62-2 55 273 oder der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 63-2 15 461 beschrieben.

Unter Bezugnahme auf die Figur bezeichnet eine Bezugszahl 1 ein Lenkrad, das von dem Fahrer eines Fahrzeuges zum Lenkvorgang gedreht wird. Eine Lenkwelle oder Stange, ganz allgemein mit 2 bezeichnet, dient dazu, um ein von dem Fahrer auf das Lenkrad 1 ausgeübtes Drehmoment auf die (nicht gezeigten) lenkbaren Straßenräder über einen Zahnstangenmechanismus zu übertragen. Die Lenkstange 2 umfaßt einen ersten Stangenabschnitt 2a, der an seinem oberen Ende mit dem Lenkrad 1 verbunden ist, und einen zweiten Stangenabschnitt 2b, der an seinem oberen Ende über ein Kardangelenk 4a mit dem ersten Stangenabschnitt 2a verbunden ist. Ein Lenk-Drehmoment-Sensor 3 ist auf der Lenkstange 2 angebracht, um das Lenkdrehmoment T des Lenkrades 1 zu erfassen. Der Zahnstangenmechanismus umfaßt eine erste Ritzelwelle 5, die über ein Kardangelenk 4b mit einem unteren Ende des zweiten Stangenabschnitts 2b der Lenkstange 2 verbunden ist, und eine Zahnstange 6, die an ihren entgegengesetzten Enden mit den nicht dargestellten lenkbaren Straßenräder verbunden ist und einen ersten Gewindeabschnitt 6a, der mit der ersten Ritzelwelle 5 in Eingriff steht und einen zweiten Gewindeabschnitt 6b besitzt. Die Elemente 1 bis 6 bilden zusammen ein Lenksystem.

Ein Fahrzeug-Geschwindigkeitssensor 10 erfaßt die Geschwindigkeit V des Fahrzeuges, mit dem sich das Fahrzeug fortbewegt und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal an einer Steuereinheit 9. Die Steuereinheit 9 umfaßt einen Mikrocomputer zum Steuern eines Motors 13 in der Form eines Gleichstrom-(DC)-Motors und einer Kupplung 14 in der Form einer elektromagnetischen Kupplung in Abhängigkeit von dem Lenkdrehmoment T und der Fahrzeuggeschwindigkeit V, wie von dem Lenkdrehmoment-Sensor 3 und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 10 erfaßt, um somit in geeigneter Weise eine Kraftunterstützung zum Lenken auszuführen. Eine in dem Fahrzeug eingebaute Batterie 11 ist direkt mit der Steuereinheit 9 zum Zuführen von Energie daran verbunden und ist außerdem über einen Schlüsselschalter 12 und die Steuereinheit 9 mit dem Motor 13 und mit einer Kupplung 14, die im folgenden noch beschrieben wird, verbunden, um sie zu betätigen, wobei der Schlüsselschalter 12 zwischen der Batterie 11 und der Steuereinheit 9 angeschlossen ist. Der Motor 13 besitzt eine nicht dargestellte Umdrehungswelle, die über die Kupplung 14 mit einer Schneckenwelle 15 verbunden ist, die mit einem Schneckenrad 16 in Eingriff steht. Das Schneckenrad 16 ist mit einer zweiten Ritzelwelle 18 verbunden, die mit dem zweiten Gewindeabschntit 6b der Zahnstange 6 in Eingriff steht. Die Schneckenwelle 15 und das Schneckenrad 16 bilden zusammengenommen einen Geschwindigkeits-Herabsetzungsmechanismus, um das Abtriebsdrehmoment des Motors 13 auf die Zahnstange 6 mit einer herabgesetzten Geschwindigkeit zur Kraftunterstützung bzw. Servolenkung zu übertragen.

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, das die ausführliche Ausgestaltung der Steuereinheit 9 der herkömmlichen Servolenkungs-Vorrichtung aus Fig. 4 zeigt. Die Steuereinheit 9 umfaßt eine Motorsteuer-Einrichtung 91 zum Berechnen eines Motorstroms 10, der an den Motor 13 zugeführt werden soll, auf der Grundlage des Lenkdrehmoments T und der Fahrzeuggeschwindigkeit V und zum Ansteuern des Motors 13, und eine Kupplungs-Steuereinrichtung 92 zum Zuführen eines Kupplungs-Steuersignals oder -stroms C an die elektromagnetische Kupplung 14, um sie so zu steuern, daß die Kupplung 14 in einen getrennten Zustand geschaltet wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer gleich einer vorgegebenen Geschwindigkeit V0 (beispielsweise 50 km/h ist) und in einen verbundenen Zustand geschaltet wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V kleiner als die vorgegebene Geschwindigkeit V0 ist, und eine Motorstrom-Erfassungseinrichtung 93 in der Form eines mit Masse verbundenen Widerstands zum Erfassen eines tatsächlichen Motorstroms I, der durch den Motor 13 fließt und zum Zurückführen von Daten davon an die Motor-Steuereinrichtung 91.

Die Motor-Steuereinrichtung 91 legt eine Spannung an den Motor 13 an, während der von dem Strom-Erfassungwiderstand 93 erfaßte Motorstrom I an sie zurückgeführt wird, so daß ein Strom entsprechend dem berechneten Motorstrom I0 von der Batterie 11 an den Motor 13 über die Steuereinheit 9 zugeführt wird. Wenn die Kupplungs-Steuereinrichtung 92 einen Ausfall oder eine Abnormalität in der Servolenkungsvorrichtung auf der Basis von Signalen bestimmt, die von den verschiedenen Sensoren abgegeben werden, wenn sich das Fahrzeug bei niedrigen Geschwindigkeiten, niedriger als die vorgegebene Geschwindigkeit V0, fortbewegt, wird das Kupplungs-Steuersignal oder der Strom C auf einen niedrigen Pegel gebracht, um die Kupplung auszurücken bzw. auszuschalten.

Fig. 6 ist eine Kurvendarstellung, die das Kupplungs-Steuersignal C und den berechneten Motorstrom I0 zeigt. Wie bei (a) in Fig. 6 gezeigt, ist das Kupplungs-Steuersignal C "Ein" oder auf einem hohen Pegel (beispielsweise einem Kupplungs-Strom von ungefähr 1 Ampere anzeigend), wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V niedriger ist als die vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit V0 und es ist "Aus" oder befindet sich auf einem niedrigen Pegel (beispielsweise einem Kupplungsstrom von 0 Ampere anzeigend), wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V die vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit V0 oder größer ist.

Wie bei (b) in Fig. 6 gezeigt, steigt der berechnete Motorstrompegel I0 mit abnehmender Fahrzeuggeschwindigkeit V und ebenso mit dem Ansteigen des Lenkdrehmoments T an, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V niedriger ist als die vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit V0 und er ist gleich Null, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V die vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit V0 oder größer ist. Im allgemeinen ist es schwer, das Lenkrad während eines Fahrens bei niedriger Geschwindigkeit zu drehen (d. h. ein größeres Lenkdrehmoment ist erforderlich, um das Lenkrad 1 zu drehen), während es leicht ist (d. h. ein kleineres Lenkdrehmoment ist erforderlich), es während einer Fahrt bei hoher Geschwindigkeit zu drehen, unabhängig von der Straße oder anderen Bedingungen. Dementsprechend sollte das Hilfsdrehmoment oder die Servounterstützung durch den Motor 13 mit einem Ansteigen der Fahrzeuggeschwindigkeit V ansteigen.

Der Betrieb der herkömmlichen, von einem Motor angetriebenen Servolenkungs-Vorrichtung, die in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben.

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V niedriger ist als die vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit V0 während eines Fahrens bei niedriger Geschwindigkeit, bringt die Kupplungs-Steuereinrichtung 92 in der Steuereinheit 9 das Kupplungs-Steuersignal C auf einen hohen Pegel, um die elektromagnetische Kupplung 14 in einen verbundenen Zustand einzurücken bzw. einzuschalten. Die Motor-Steuereinrichtung 91 erzeugt ein Motorstromsignal I0 auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit V von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 10 und dem Lenkdrehmoment T von dem Drehmomentsensor 3, um dadurch zu bewirken, daß der Motor 13 ein erforderliches Drehmoment zur Servolenkung erzeugt.

Insbesondere steigt mit einer Erniedrigung der Fahrzeuggeschwindigkeit V das erforderliche Lenkdrehmoment T an, wobei der Motorstrompegel I0 entsprechend dem Abtriebsdrehmoment des Motors 13 somit auf einen erhöhten Pegel entsprechend der abnehmenden Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt wird. Wenn das erforderliche Lenkdrehmoment aufgrund einer anderen Ursache, beispielsweise einer Änderung des Straßenzustandes oder dergleichen, ansteigt, wird der Motor-Strompegel I0 auf einen Wert entsprechend dem erhöhten Pegel des Lenkdrehmoments T eingestellt.

Somit kann der Betrag eines Lenkdrehmoments oder der Kraft, der von dem Fahrer ausgeübt werden muß, im wesentlichen unabhängig von den Fahrbedingungen oder dergleichen konstant gehalten werden.

Wenn ein Systemausfall oder eine Abnormalität während eines Fahrens bei niedriger Geschwindigkeit erfaßt wird, bringt die Kupplungs-Steuereinrichtung 92 das Kupplungs-Steuersignal C auf einen niedrigen Pegel, um die elektromagnetische Kupplung 14 auszurücken bzw. auszuschalten, so daß der Motor 13 von der Schneckenwelle 15 getrennt wird, um die Sicherheit beim Lenken zu gewährleisten. Beispielsweise wird ein Systemausfall oder eine Abnormalität bei einem derartigen Fall, bei dem der Motorstrompegel I0, wie von der Motor-Steuereinrichtung 91 berechnet, oder der Motorstrom I, wie durch den Stromerfassungswiderstand 93 erfaßt, einen unnormal hohen Wert annimmt, oder wenn der Ausgang des Drehmomentsensors 3 anzeigt, daß das Lenkrad 1 von dem Fahrer über eine ungewöhnlich lange Zeitperiode nicht betätigt worden ist.

Während eines Fahrens bei einer hohen Geschwindigkeit, bei dem die Fahrzeuggeschwindigkeit V größer ist als die vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit V0, bringt die Kupplungs-Steuereinrichtung 92 das Kupplungs-Steuersignal C auf einen niedrigen Pegel, um die elektromagnetische Kupplung 14 auszurücken bzw. auszuschalten, wodurch der Motor 13 von der Schneckenwelle 15 getrennt wird. Gleichzeitig arbeitet die Motor-Steuereinrichtung 91, um die Energiezuführung von der Batterie 11 an den Motor 13 über den Schlüsselschalter 12 zu stoppen oder zu unterbrechen und somit wird der Motor 13 gestoppt. Sogar wenn ein Systemausfall, beispielsweise eine Abnormalität oder Fehlfunktion, in dem Motor 13, den Sensoren 3, 10, oder dergleichen, während eines Fahrens bei einer hohen Geschwindigkeit stattfindet, wobei die elektromagnetische Kupplung 14 ausgerückt bzw. ausgeschaltet ist, um den Motor 13 von der Zahnstange 6 zu trennen, tritt in dieser Situation keine Störung oder kein Problem bei dem manuellen Lenkvorgang des Fahrers auf.

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V unter den vorgegebenen Wert V0 fällt, nimmt das Kupplungs-Steuersignal C von der Kupplungs-Steuereinrichtung 92 wieder einen hohen Pegel an, um die elektromagnetische Kupplung 14 zu schalten und die Motor-Steuereinrichtung 91 steuert den Motorstrom I auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit V und des Lenkdrehmoments T wie oben beschrieben.

Beim Auftreten eines Ausfalls der Steuereinheit 9 kann ganz allgemein ein falscher Motor-Strompegel I0 an den Motor 13 zugeführt werden, wodurch somit eine unerwünschte erzwungende Drehung des Lenkrades 1 ohne Berücksichtigung der Lenkanstrengung des Fahrers bewirkt wird. Bei dem Auftreten eines mechanischen Fehlers des Motors 13 mit der in einem verbundenen Zustand gehaltenen Kupplung 14, wird es zusätzlich für den Fahrer schwierig, das Lenkrad 1 zu drehen, d. h. es führt dazu, daß ein Lenken unmöglich wird. Obwohl der Fahrer mit diesen Fehlern bzw. Ausfällen fertig werden kann, indem er die Kupplung während des Fahrens bei niedriger Geschwindigkeit ausschaltet bzw. ausrückt, ist es extrem schwierig, genausogut mit diesen Problemen während eines Fahrens bei einer hohen Geschwindigkit fertig zu werden, wodurch die Sicherheit beim Fahren beeinträchtigt wird, eine Tatsache, die im Stand der Technik wohl bekannt ist.

Um die oben beschriebenen Situationen zu vermeiden, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V die vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit V0 überschreitet, wird dementsprechend das Kupplungs-Steuersignal C auf einen niedrigen Pegel gebracht, um einen ausfallsicheren Betrieb und somit ein sicheres Fahren zu gewährleisten.

Zusammenfassend wird, wie oben beschrieben, bei der oben erwähnten herkömmlichen, von einem Motor angetriebenen, Servolenkungsvorrichtung, die elektromagnetische Kupplung 14 normal verbunden, aber nur dann getrennt, wenn ein Systemausfall während eines Fahrens bei niedriger Geschwindigkeit erfaßt wird, während sie immer getrennt ist während eines Fahrens bei hoher Geschwindigkeit, unabhängig von irgendeinem Systemausfall.

Somit wird jedesmal wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V unter die vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit V0 fällt oder steigt, die elektromagnetische Kupplung 14 betätigt, um sie ein- und auszuschalten. Derartige häufige Ein-Aus-Operationen der Kupplung 14 erzeugen eine große Geräuschbildung, welches einen erhöhten Geräuschpegel und ein unbequemes Fahren zur Folge hat. Zusätzlich wird die Lebensdauer der elektromagnetischen Kupplung 14 dementsprechend herabgesetzt. Außerdem wird beim Ein-/Aus-Schalten der elektromagnetischen Kupplung 14, der Fahrer, der das Lenkrad 1 ergreift, häufig unerwünschten Lenkerschütterungen ausgesetzt.

Dementsprechend ist beabsichtigt, daß die vorliegende Erfindung die oben beschriebenen Probleme, die bei der herkömmlichen, von einem Motor angetriebenen Servolenkungsvorrichtung, auftreten, zu beseitigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine von einem Motor angetriebene Servolenkungssteuerung zu schaffen, bei der eine Kupplung normalerweise eingeschaltet ist, um einen Motor mit einem Lenksystem zu verbinden, aber bei einer Erfassung eines Systemausfalls oder einer Abnormalität während eines Fahrens bei einer hohen Geschwindigkeit ausgeschaltet wird, um sie davon zu trennen, wodurch somit die Lebensdauer der Kupplung ohne Beeinträchtigung der Sicherheit beim Fahren verbessert wird sowie die Erzeugung von Geräuschen und Erschütterungen aufgrund von häufigen Ein-/Aus-Operationen der Kupplung unterdrückt werden.

Zur Lösung der Aufgabe wird entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine von einem Motor angetriebene Servolenkungsvorrichtung für ein Fahrzeug vorgeschlagen, die folgende Merkmale umfaßt:
ein Lenksystem, das eine von einem Fahrer des Fahrzeuges auf ein Lenkrad ausgeübte Lenkkraft auf lenkbare Straßenräder des Fahrzeuges überträgt;
ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Erfassen der Geschwindigkeit des Fahrzeuges, mit der sich das Fahrzeug fortbewegt;
einen Drehmomentsensor zum Erfassen eines Lenkdrehmoments, das auf das Lenksystem ausgeübt wird; einen Lenkgeschwindigkeitssensor zum Erfassen einer Lenkgeschwindigkeit, mit der das Lenkrad von dem Fahrer gedreht wird;
einen Motor, der über eine Kupplung mit dem Lenksystem verbunden ist, zur Erzeugung eines Unterstützungs-Drehmoments, das eine von dem Fahrer eingeleitete Lenkbewegung des Lenksystems unterstützt;
eine Motorstrom-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Motorstroms, der durch den Motor fließt;
eine Motorspannungs-Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Motorspannung über dem Motor;
eine Motor-Steuereinrichtung zum Steuern eines an den Motor zugeführten Stroms, auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkdrehmoments derart, daß sie den an den Motor zugeführten Strom auf Null bringt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer gleich einer vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit ist;
eine Kupplungs-Steuereinrichtung zum Ein- und Ausschalten (bzw. Ein- und Ausrücken) der Kupplung auf der Grundlage des Lenkdrehmoments, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Lenkgeschwindigkeit und der Motorspannung derart, daß sie die Kupplung ausschaltet, um den Motor von dem Lenksystem zu trennen, wenn sie einen Systemausfall während eines Fahrens des Fahrzeuges bei einer hohen Geschwindigkeit erfaßt, bei der sich das Fahrzeug bei einer Geschwindigkeit größer gleich der vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit fortbewegt.

Die Kupplungs-Steuereinrichtung bestimmt einen Systemausfall, falls der durch den Motor in einem entregtem bzw. ausgeschalteten Zustand (im folgenden als stromloser Zustand bezeichnet) fließende Strom nicht gleich Null ist, oder falls das Lenkdrehmoment oder eine Änderungsrate davon größer gleich einem vorgegebenen Wert ist und falls die Motorspannung über dem Motor in einem stromlosen Zustand gleich Null ist oder falls die Lenkgeschwindigkeit größer gleich einem vorgegebenen Wert ist oder falls die Motorspannung über dem Motor in einem stromlosen Zustand gleich Null ist.

Die obige Aufgabe wird außerdem von einem Verfahren zum Steuern einer von einem Motor angetriebenen Servolenkungsvorrichtung für ein Fahrzeug gelöst, wobei ein Motor über eine Kupplung mit einem Lenksystem gekoppelt ist, das ein Lenkrad zum Erzeugen eines unterstützenden Drehmoments besitzt, um eine Lenkbewegung des Lenksystems, das von einem Fahrer des Fahrzeuges eingeleitet wird, zu unterstützen. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte:
Bestimmen, ob eine Fahrzeuggeschwindigkeit größer gleich einer vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit ist;
Bringen des Motors in einen stromlosen Zustand, wobei die Kupplung in einem verbundenen Zustand gehalten wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer gleich der vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit ist;
Bestimmen, ob ein Systemausfall existiert; und Ausschalten bzw. Ausrücken der Kupplung, um den Motor von dem Lenksystem zu trennen, wenn ein Systemausfall existiert.

Die Bestimmung eines Systemausfalls wird durch die folgenden Schritte ausgeführt:
Erfassen, ob der durch den Motor in einen stromlosen Zustand fließende Motorstrom gleich Null ist;
Erfassen, ob von dem Fahrer auf das Lenkrad eine Lenkbewegung ausgeübt wird, wenn der Motorstrom über dem Motor in einem stromlosen Zustand gleich Null ist;
Erfassen, ob die Motorspannung über dem Motor in einem stromlosen Zustand gleich Null ist, wenn eine von dem Fahrer auf das Lenkrad ausgeübte Lenkbewegung gleich Null ist; und
Bestimmen eines Systemausfalls, wenn der durch den stromlosen Motor fließende Strom nicht gleich Null ist oder, falls die Motorspannung über dem Motor im stromlosen Zustand gleich Null ist, wenn von dem Fahrer auf das Lenkrad eine Lenkbewegung ausgeübt wird und wenn der durch den Motor in einem stromlosen Zustand fließende Motorstrom gleich Null ist.

In einer Ausführungsform wird, falls das von dem Fahrer auf das Lenkrad ausgeübte Lenkdrehmoment oder eine Änderungsrate davon größer gleich einem vorgegebenen Wert ist, bestimmt, daß eine Lenkbewegung auf das Lenksystem ausgeübt wird.

In einer weiteren Ausführungsform wird, falls eine Lenkgeschwindigkeit des Lenkrades größer gleich einem vorgegebenen Wert ist, bestimmt, daß eine Lenkbewegung auf das Lenksystem ausgeübt wird.

Wenn sich das Fahrzeug bei hohen Geschwindigkeiten fortbewegt, kann entsprechend der vorliegenden Erfindung ein Systemausfall zuverlässig auf der Basis des Motorstroms und der Motorspannung während eines Steuerns in einem stromlosen Zustand des Motors bestimmt werden und nur bei der Erfassung eines derartigen Systemfehlers wird die Kupplung ausgeschaltet bzw. ausgerückt, um den Motor von dem Lenksystem zu trennen. Als Folge davon können die häufigen Ein-Aus-Operationen der Kupplung vermieden werden.

Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nun folgenden ausführlichen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen weiter ersichtlich.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild, das den allgemeinen Aufbau einer von einem Motor angetriebenen Servolenkungsvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer Steuereinheit und ihrer dazugehörigen Teile, wie in Fig. 1 gezeigt, zeigt;

Fig. 3 ein Flußdiagramm, das ein Verfahren oder einen Betrieb zeigt, das von der Steuereinheit aus Fig. 2 zum Steuern der von einem Motor angetriebenen Servolenkungsvorrichtung aus Fig. 1 durchgeführt wird;

Fig. 4 eine schematische Ansicht, die den allgemeinen Aufbau einer herkömmlichen, von einem Motor angetriebenen Servolenkungsvorrichtung zeigt;

Fig. 5 ein Blockschaltbild, das den Aufbau der herkömmlichen, in Fig. 1 gezeigten Steuereinheit zeigt; und

Fig. 6 eine Kurvendarstellung, das den Betrieb der herkömmlichen Steuereinheit aus Fig. 5 darstellt.

In den Zeichnungen werden die gleichen oder entsprechenden Teile mit den gleichen Symbolen bezeichnet.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch den allgemeinen Aufbau einer von einem Motor angetriebenen Servolenkungsvorrichtung mit einer Steuereinheit 9a, die entsprechend der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Fig. 2 zeigt den detaillierten Aufbau der Steuereinheit 9a und ihrer dazugehörigen Teile aus Fig. 1. In Fig. 1 sind Elemente 1, 2, 2a, 2b, 4a, 4b, 5, 6a, 6b, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 und 18 die gleichen wie diejenigen, die unter Bezugnahme auf die herkömmliche, von einem Motor angetriebene Servolenkungsvorrichtung, die in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist, verwendet und beschrieben wurden. Zusätzlich zu diesen Elementen ist ein Lenkgeschwindigkeitssensor 7 auf einem oberen Abschnitt der Lenkstange 2 angebracht, zum Erfassen der Lenk- oder Umdrehungs-Geschwindigkeit A des Lenkrades 1 und zum Erzeugen eines entsprechenden Ausgangssignals A an der Steuereinheit 9A, die sich von dem Aufbau und Betrieb der Steuereinheit 9 aus Fig. 4 und 5 unterscheidet.

Wie in Fig. 2 deutlich gezeigt, umfaßt die Steuereinheit 9A eine Motor-Steuereinrichtung 191 zum Berechnen eines Motorstroms I0, der an den Motor 13 zugeführt werden soll, auf der Grundlage des Lenkdrehmoments T und der Fahrzeuggeschwindigkeit V und zum Zuführen des so berechneten Motorstroms I0 von der Batterie 11 an den Motor 13 in einer Rückkopplungsart, wie in dem Fall der Motor-Steuereinrichtung 91 der herkömmlichen Steuereinrichtung 9, und eine Kupplungs-Steuereinrichtumg 192 zum Bestimmen eines Systemausfalls auf der Grundlage von Ausgangssignalen von verschiedenen Sensoren 3, 7, 10 und dergleichen und zum Steuern der Kupplung 14 in der Form einer elektromagnetischen Kupplung, um sie ein- und auszuschalten (bzw. ein- und auszurücken).

Eine Motorstrom-Erfassungsrichtung 193 erfaßt einen Motorstrom, der tatsächlich durch den Motor 13 fließt und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal I an der Motor-Steuereinrichtung 191 und an der Kupplungs-Steuereinrichtung 192. Die Motorspannungs-Erfassungseinrichtung 196 erfaßt eine Motorspannung E über dem Motor 13 und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal E an der Kupplungs-Steuereinrichtung 192.

Die Motor-Steuereinrichtung 191 steuert den Motorstrom derart, daß sie den an den Motor 13 zugeführten Strom auf Null bringt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V größer gleich einer vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit V0 ist. Die Kupplungs-Steuereinrichtung 192 schaltet die Kupplung 14 aus, um den Motor 13 von dem Lenksystem zu trennen, wenn sie einen Systemausfall während eines Fahrens des Fahrzeuges bei hoher Geschwindigkeit bestimmt, bei der sich das Fahrzeug bei einer Geschwindigkeit fortbewegt, die größer gleich einer vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit V0 ist. Die Kupplungs-Steuereinrichtung 192 bestimmt einen Systemausfall, falls ein durch den Motor 13 in einem stromlosen Zustand fließender Strom nicht gleich Null ist oder falls das Lenkdrehmoment T oder eine Änderungsrate δ T davon größer gleich einem vorgegebenen Wert T0 ist und falls die Motorspannung E über dem Motor 13 in einem stromlosen Zustand gleich Null ist oder falls die Lenkgeschwindigkeit A größer gleich einem vorgegebenen Wert A0 ist und falls die Motorspannung E über dem Motor 13 in einem stromlosen Zustand gleich Null ist.

Im folgenden wird der Betrieb des obigen in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm in Fig. 3 beschrieben.

Zunächst wird in den Schritten S1 und S2 die Fahrzeuggeschwindigkeit V bzw. das Lenkdrehmoment T gemessen und dann wird im Schritt S3 eine Überprüfung durchgeführt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V größer gleich einem vorgegebenen Wert V0 ist (d. h. es wird bestimmt, ob sich das Fahrzeug in einem Fahrzustand bei hoher Geschwindigkeit befindet).

Falls die Fahrzeuggeschwindigkeit V niedriger ist als der vorgegebene Wert V0 (d. h. V<V0), geht der Steuerprozeß dann in einen üblichen Systemausfall-Bestimmungsschritt S4 und danach wird ein Systemausfall bestimmt, wie in der oben beschriebenen herkömmlichen Vorrichtung aus Fig. 4 und 5.

Das heißt, im Schritt S5 wird bestimmt, ob sich das System oder die Vorrichtung in einem Normalzustand befindet. Wenn die Antwort bejahend ist (d. h. das System befindet sich in einem Normalzustand), wird dann im Schritt S6 die elektromagnetische Kupplung 14 eingeschaltet. Danach wird in Schritt S7 ein Motorstrom-Pegel I0 berechnet und im Schritt S8 wird ein Strom des so berechneten Pegels I0 von der Batterie 11 an den Motor 13 über die Steuereinheit 9A zugeführt. Danach wird ein Rücksprung durchgeführt.

Falls jedoch im Schritt S5 bestimmt wird, daß ein Systemausfall existiert, schreitet der Steuerprozeß zum Schritt 9 fort, in dem der Motorstrom-Pegel I0, der an den Motor 13 zugeführt werden soll, auf Null geändert wird, um ihn in einen stromlosen Zustand zu bringen und gleichzeitig wird der Ausgang C der Kupplungs-Steuereinrichtung 192 auf einen niedrigen Pegel gebracht, um die elektromagnetische Kupplung 14 auszuschalten bzw. um sie auszurücken. Danach wird ein Rücksprung ausgeführt.

Wenn andererseits im Schritt S3 bestimmt wird, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit V größer gleich dem vorgegebenen Wert V0 wird, schreitet der Steuerprozeß zum Schritt S10 weiter, in dem der Motorstrom-Pegel I0 auf Null geändert wird, um den Motor 13 stromlos zu machen.

Danach wird in Schritt S11 ein tatsächlich durch den Motor 13 fließender Motorstrom I sowie eine Motorspannung E über dem Motor 13 von der Motorstrom-Erfassungseinrichtung 193 bzw. der Motorspannungs-Erfassungseinrichtung 196 erfaßt.

In diesem Zusammenhang soll darauf hingewiesen werden, daß, falls sich die Motor-Steuereinrichtung 191 dabei in einem normalen Zustand befindet, der tatsächlich durch den stromlosen Motor 13 fließende Motorstrom I Null wird. Falls der Motorstrom-Pegel I0 jedoch abnormal ist, wird der erfaßte Motorstrom I nicht Null. Falls sich der Motor 13 in einem Normalzustand befindet, wird während eines Lenkens, d. h. wenn das Lenkrad 1 von dem Fahrer gedreht wird, der Motor 13 zwangsweise mit Strom versorgt bzw. erregt, wodurch eine Spannung E darüber erzeugt wird. Falls sich jedoch der Motor 13 in einem abnormalen Zustand befindet oder ausgefallen ist, wird die Motorspannung E Null.

Dementsprechend wird im Schritt S12 eine Überprüfung durchgeführt, ob der von der Motorstrom-Erfassungseinrichtung 196 erfaßte Motorstrom I Null ist. Wenn dies so ist, wird dann im Schritt S13 bestimmt, daß die Motor-Steuereinrichtung 191 normal arbeitet und eine Überprüfung wird durchgeführt, ob das Lenkdrehmoment T des Lenksystems, so wie es von dem Drehmomentsensor 3 erfaßt wird oder eine Änderungsrate δT des Lenkdrehmoments T größer gleich einem vorgegebenen Wert T0 Null ist. Wenn die Antwort auf diese Frage bejahend ist, wird dann im Schritt S14 bestimmt, ob die Motorspannung E gleich Null ist. Wenn die Motorspannung E ungleich Null ist, wird dann im Schritt S15 die Lenkgeschwindigkeit A (d. h. die Umdrehungsgeschwindigkeit des Lenkrades 1) gemessen und im Schritt S16 wird eine Überprüfung durchgeführt, ob die Lenkgeschwindigkeit A größer gleich einem vorgegebenen Pegel A0 ist.

Falls die Lenkgeschwindigkeit A größer gleich dem vorgegebenen Pegel A0 ist, wird dann zusätzlich im Schritt S17 eine Überprüfung wiederum durchgeführt, ob die Motorspannung E gleich Null ist. Wenn die Motorspannung E nicht gleich Null ist, wird bestimmt, daß sich der Motor 13 in einem normalen Zustand befindet und danach wird ein Rücksprung durchgeführt.

Wenn im Schritt S13 bestimmt wird, daß das Lenkdrehmoment T kleiner ist als der vorgegebene Pegel T0, springt der Steuerprozeß zum Schritt S15, während er Schritt S14 ausläßt. Falls im Schritt S16 bestimmt wird, daß die Lenkgeschwindigkeit A kleiner ist als der vorgegebene Pegel A0, wird ein Rücksprung durchgeführt, während Schritt S17 ausgelassen wird.

Falls andererseits in Schritt S12 bestimmt wird, daß der Motorstrom I ungleich Null ist oder falls im Schritt S14 oder S17 bestimmt wird, daß die Motorspannung E gleich Null ist, wird die Kupplung 14 im Schritt S18 in einen getrennten Zustand ausgeschaltet bzw. ausgerückt.

Wie oben beschrieben, wird, wenn sich das Fahrzeug bei hohen Geschwindigkeiten größer gleich dem vorgegebenen Wert V0 fortbewegt, der Motorstrom I auf Null gebracht, wobei der Motor 13 über die elektromagnetische Kupplung 14 mit dem Lenksystem in Verbindung gehalten wird, während eine Überprüfung durchgeführt wird, ob die Motorspannung E bei einer Erfassung von abnormal hohen Pegeln des Lenkdrehmoments T (oder der Änderungsrate δ T des Lenkdrehmoments) und der Lenkgeschwindigkeit A in dem stromlosen Zustand des Motors 13 vorliegt. In dieser Art kann ein Systemausfall während des Fahrens bei hoher Geschwindigkeit leicht und zuverlässig bestimmt werden, ohne die Fahrsicherheit zu beeinträchtigen. Falls kein Systemausfall bestimmt wird, wird die elektromagnetische Kupplung 14 nicht ausgeschaltet, sondern in einem eingeschalteten Zustand gehalten und wenn der Fahrbereich mit niedriger Geschwindigkeit aus demjenigen mit hoher Geschwindigkeit wieder hergestellt wird (d. h. die Fahrzeuggeschwindigkeit V fällt unter den gegebenen Wert V0), bleibt die elektromagnetische Kupplung 14 fortwährend in einem "Ein"-Zustand. Das heißt, in diesem Fall findet kein "Ein-Aus"-Betrieb der Kupplung 14 statt.

Sogar falls im Schritt S13 das Lenkdrehmoment T größer gleich dem vorgegebenen Pegel T0 ist oder falls im Schritt S16 die Lenkgeschwindigkeit A größer gleich dem vorgegebenen Pegel A0 ist, wird eine Abnormalität oder ein Ausfall des Motors 13 nicht sofort bestimmt, sondern weitere Überprüfungen werden in Schritten S14 und S17 durchgeführt bezüglich der Tatsache, ob eine Motorspannung E erzeugt worden ist. Somit wird die Zuverlässigkeit bei der Bestimmung einer Abnormalität verbessert. Außerdem wird in Fällen, bei denen das Lenkdrehmoment T oder die Lenkgeschwindigkeit A aufgrund gewisser Fahrbedingungen des Fahrzeuges, aber nicht aufgrund einer Systemabnormalität oder -auswahl groß ist, bestimmt, daß sich die Vorrichtung in einem normalen Zustand befindet, vorausgesetzt, daß über dem Motor 13 eine Motorspannung E größer als Null erzeugt wird, wodurch fehlerhafte Abnormalitäts-Bestimmungen vermieden werden.

Falls andererseits im Schritt S12 bestimmt wird, daß der Motorstrom C nicht gleich Null ist oder falls im Schritt S14 oder S17 bestimmt wird, daß die Motorspannung E während eines Lenkens gleich Null ist, wird ein Systemausfall oder eine Abnormalität (d. h. ein Ausfall oder eine Abnormalität der Motor-Steuereinrichtung 91 des Motors 13) bestimmt. Somit wird in diesem Fall im Schritt S18 die elektromagnetische Kupplung 14 ausgeschaltet, um den Motor 13 von dem Lenksystem zu trennen.

Die elektromagnetische Kupplung 14, die somit während eines Fahrens bei hoher Geschwindigkeit ausgeschaltet wird, bleibt natürlich in einem "Aus"-Zustand sogar, wenn der Fahrbereich bei niedriger Geschwindigkeit, bei der die Fahrzeuggeschwindigkeit V niedriger ist als der vorgegebene Wert V0, wieder hergestellt wird.

In dem obigen Ausführungsbeispiel wird in Schritten S13 und S16 auf der Grundlage des Lenkdrehmoments T und der Lenkgeschwindigkeit A eine Überprüfung aufgrund der Tatsache durchgeführt, ob Lenken während eines Fahrens bei hoher Geschwindigkeit ausgeführt wird. Jedoch ist es genauso möglich, nur entweder das Lenkdrehmoment oder die Lenkgeschwindigkeit A zu verwenden.

Claims (6)

1. Servolenkungsvorrichtung, die von einem Motor (13) angetrieben wird, für ein Fahrzeug, umfassend die folgenden Merkmale:
ein Lenksystem (1-6), das eine von einem Fahrer des Fahrzeuges auf ein Lenkrad (1) ausgeübte Lenkkraft auf lenkbare Straßenräder des Fahrzeuges überträgt;
einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (10) zum Erfassen der Geschwindigkeit (V) des Fahrzeuges, mit der sich das Fahrzeug fortbewegt;
einen Drehmomentsensor (3) zum Erfassen eines Lenkdrehmoments (T), das auf das Lenksystem (1-6) ausgeübt wird;
einen Lenkgeschwindigkeitssensor (7) zum Erfassen einer Lenkgeschwindigkeit (A), mit der das Lenkrad (1) von dem Fahrer gedreht wird;
einen Motor (13), der über eine Kupplung (14) mit dem Lenksystem (1-6) verbunden ist, zur Erzeugung eines Unterstützungs-Drehmoments, das eine von dem Fahrer eingeleitete Lenkbewegung des Lenksystems (1-6) unterstützt;
eine Motorstrom-Erfassungseinrichtung (193) zum Erfassen eines Motorstroms (I), der durch den Motor (13) fließt;
eine Motorspannungs-Erfassungseinrichtung (196) zum Erfassen einer Motorspannung (E) über dem Motor (13);
eine Motor-Steuereinrichtung (191) zum Steuern eines an den Motor (13) zugeführten Stroms (I), auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit (V) und des Lenkdrehmoments (T) derart, daß sie den an den Motor (13) zugeführten Strom (I) auf Null bringt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit (V) größer gleich einer vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit (V0) ist;
eine Kupplungs-Steuereinrichtung (192) zum Ein- und Ausschalten (bzw. Ein- und Ausrücken) der Kupplung (14) auf der Grundlage des Lenkdrehmoments (T), der Fahrzeuggeschwindigkeit (V), der Lenkgeschwindigkeit (A) und der Motorspannung (E) derart, daß sie die Kupplung (14) ausschaltet, um den Motor (13) von dem Lenksystem (1-6) zu trennen, wenn sie einen Systemausfall während eines Fahrens des Fahrzeuges bei einer hohen Geschwindigkeit erfaßt, bei der sich das Fahrzeug bei einer Geschwindigkeit (V) größer gleich der vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit (V0) fortbewegt.

2. Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungs-Steuereinrichtung (192) einen Systemausfall bestimmt, falls der durch den Motor (13) in einem stromlosen Zustand (d. h. in einem ausgeschalteten Zustand) fließende Strom (I) nicht gleich Null ist, oder falls das Lenkdrehmoment (T) oder eine Änderungsrate ( δT) davon größer gleich einem vorgegebenen Wert (T0) ist und falls die Motorspannung (E) über dem Motor (13) in einem stromlosen Zustand gleich Null ist oder falls die Lenkgeschwindigkeit (A) größer gleich einem vorgegebenen Wert (A0) ist oder falls die Motorspannung (E) über dem Motor (13) in einem stromlosen Zustand gleich Null ist.

3. Verfahren zum Steuern einer von einem Motor (13) angetriebenen Servolenkungsvorrichtung für ein Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß ein Motor (13) über eine Kupplung (14) mit einem Lenksystem (1-6) gekoppelt ist, das ein Lenkrad (1) zum Erzeugen eines unterstützenden Drehmoments (T) besitzt, um eine Lenkbewegung des Lenksystems (1-6), das von einem Fahrer des Fahrzeuges eingeleitet wird, zu unterstützen, umfassend die folgenden Schritte:
Bestimmen, ob eine Fahrzeuggeschwindigkeit (V) größer gleich einer vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit (V0) ist;
Bringen des Motors (13) in einen stromlosen Zustand, wobei die Kupplung (14) in einem verbundenen Zustand gehalten wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit (V) großer gleich der vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit (V0) ist;
Bestimmen, ob ein Systemausfall existiert; und
Ausschalten bzw. Ausrücken der Kupplung (14), um den Motor (13) von dem Lenksystem (1-6) zu trennen, wenn ein Systemausfall existiert.

4. Verfahren zum Steuern einer von einem Motor (13) angetriebenen Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung eines Systemausfalls durch die folgenden Schritte ausgeführt wird:
Erfassen, ob der durch den Motor (13) in einen stromlosen Zustand fließende Motorstrom (I) gleich Null ist;
Erfassen, ob von dem Fahrer auf das Lenkrad (1) eine Lenkbewegung ausgeübt wird, wenn der Motorstrom (I) über dem Motor (13) in einem stromlosen Zustand gleich Null ist;
Erfassen, ob die Motorspannung (E) über dem Motor (13) in einem stromlosen Zustand gleich Null ist, wenn eine von dem Fahrer auf das Lenkrad (1) ausgeübte Lenkbewegung gleich Null ist; und
Bestimmen eines Systemausfalls, wenn der durch den stromlosen Motor (13) fließende Strom (I) nicht gleich Null ist oder, falls die Motorspannung (E) über dem Motor (13) im stromlosen Zustand gleich Null ist, wenn von dem Fahrer auf das Lenkrad (1) eine Lenkbewegung ausgeübt wird und wenn der durch den Motor (13) in einem stromlosen Zustand fließende Motorstrom (I) gleich Null ist.

5. Verfahren zum Steuern einer von einem Motor (13) angetriebenen Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß, falls das von dem Fahrer auf das Lenkrad (1) ausgeübte Lenkdrehmoment (T) oder eine Änderungsrate (δT) davon größer gleich einem vorgegebenen Wert (T0) ist, bestimmt wird, daß eine Lenkbewegung auf das Lenksystem (1-6) ausgeübt wird.

6. Verfahren zum Steuern einer von einem Motor (13) angetriebenen Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß, falls eine Lenkgeschwindigkeit (A) des Lenkrades (1) größer gleich einem vorgegebenen Wert (A0) ist, bestimmt wird, daß eine Lenkbewegung auf das Lenksystem (1-6) ausgeübt wird.