DE4438144C2 - Steuervorrichtung für motorgetriebenes Servolenkungssystem eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Steuervorrichtung für motorgetriebenes Servolenkungssystem eines Kraftfahrzeuges

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum Steuern eines motorgetriebenen Servolenksystems für ein Kraftfahrzeug oder Automobil, welches die im Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2 beschriebenen Merkmale hat. Diese sind beispielsweise aus DE 42 31 328 A1 bekannt.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung erfolgt zunächst eine Beschreibung eines vorbekannten motorgetriebenen Lenkservosteuersystems. Fig. 6 ist ein schematische Diagramm der Anordnung eines konventionellen motorbetriebenen Lenkservosteuersystems, welches beispielsweise in der japanischen Veröffentlichung einer ungeprüften Patentanmeldung Nr. 255273/1987 (JP-A-62-255273) oder in der japanischen Veröffentlichung einer ungeprüften Patentanmeldung Nr. 215461/1988 (JP-A-63-215461) beschrieben ist.
Wie aus dieser Figur hervorgeht, weist ein Lenkmechanismus ein Lenkrad 1 auf, an welches ein Lenkdrehmoment durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs (nicht gezeigt) angelegt wird, eine Lenksäulenanordnung 2 zur Übertragung des Lenkdrehmoments, Universalgelenke 4, die zur betriebsmäßigen Kupplung der einzelnen Wellen der Lenksäulenanordnung 2 vorgesehen sind, eine Ritzelwelle 5, die am unteren Ende der Lenksäulenanordnung 2 vorgesehen ist, und eine Zahnstange 6, die so angeordnet ist, daß sie mit der Ritzelwelle 5 kämmt. Ein Lenkdrehmomentsensor 3 ist der Lenksäulenanordnung 2 zugeordnet vorgesehen, um das durch diese übertragene Lenkdrehmoment T zu erfassen. Weiterhin ist ein Lenkgeschwindigkeitssensor 7 vorgesehen, um die Lenkgeschwindigkeit A zu erfassen, mit welcher das Lenkrad 1 vom Fahrer betätigt wird.
Zum Steuern des Lenkmechanismus ist eine Steuer- oder Regelvorrichtung 9 vorgesehen, welche einen Mikrocomputer zum Steuern eines elektrischen Motors (oder reversiblen Motors) 13 und anderer Bauteile aufweist, wobei die Art und Weise der Steuerung nachstehend noch genauer erläutert wird. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitsensor 10 ist dazu vorgesehen, eine Fahrzeuggeschwindigkeit V in die Steuervorrichtung 9 einzugeben. Eine Energiequelle für die Steuervorrichtung 9 und den elektrischen Motor 13 wird durch eine an Bord des Kraftfahrzeugs befindliche Batterie 11 gebildet, wobei ein Schlüsselschalter 12 zwischen der Steuervorrichtung 9 und der Batterie 11 angeordnet ist. Die dem elektrischen Motor 13 zugeführte Energie oder Leistung wird durch die Steuervorrichtung 9 gesteuert. Zu diesem Zweck ist eine elektromagnetische Kupplung 14 an der Ausgangsseite des elektrischen Motors 13 vorgesehen und so ausgebildet, daß sie durch die Steuervorrichtung 9 gesteuert werden kann. Die elektromagnetische Kupplung 14 weist eine Ausgangswelle auf, die im Betrieb mit einer Schneckenwelle 15 gekuppelt ist, welche ein Teil einer Reduziergetriebeeinheit bildet. Ein Schneckenrad 16 ist so angeordnet, daß es mit der Schneckenwelle 15 und mit einer Ritzelwelle 18 kämmt, die wiederum mit der Zahnstange 6 kämmt.
Wie aus der voranstehenden Beschreibung deutlich wird, ist der Elektromotor 13 in Betrieb mit dem Lenkmechanismus über die elektromagnetische Kupplung 14 gekuppelt, um ein Lenkhilfsdrehmoment zu erzeugen, welches an den Lenkmechanismus angelegt wird.
Fig. 7 ist ein Funktionsblockdiagramm, welches die Anordnung der Steuervorrichtung 9 zeigt. Wie aus dieser Figur hervorgeht, weist die Steuervorrichtung 9 eine Stromberechnungs/Antriebseinrichtung 91 auf, um einen Motorstrombefehlswert I0 auf der Grundlage des Lenkdrehmoments T und der Fahrzeuggeschwindigkeit V zu erzeugen, um hierdurch den Elektromotor 13 auf der Grundlage des Motorstrombefehlswertes I0 anzutreiben, eine Kupplungssteuereinrichtung 92 zum Umschalten eines Kupplungssteuersignals C für die elektromagnetische Kupplung 14 von einem Einschaltpegel auf einen Ausschaltpegel, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V eine vorbestimmte Bezugsfahrzeuggeschwindigkeit V0 (beispielsweise 50 km/Stunde) erreicht hat, und eine Motorstromdetektoreinrichtung 93, die zur Erfassung eines tatsächlichen Motorstroms I des Motors 13 dient, wobei das den tatsächlichen Motorstrom I anzeigende Signal der Stromberechnungs/Antriebseinrichtung 91 zugeführt wird.
Bei der voranstehend geschilderten Anordnung der Steuervorrichtung 9 steuert die Steuervorrichtung 9 eine an den Elektromotor 13 angelegte Spannung, so daß ein Strom entsprechend dem Motorstrombefehlswert I0 durch den Elektromotor 13 fließt, und dies erfolgt durch Überwachung des erfaßten tatsächlichen Motorstroms I und dessen Rückkopplung. Andererseits ist die Kupplungssteuereinrichtung 92 zur Unterbrechung (also Abschaltung) des Kupplungssteuersignals C ausgelegt, wenn das Auftreten einer Störung in einem Betriebsbereich niedriger Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs auf der Grundlage von Erfassungssignalen festgestellt wird, die von Ausgängen hierzu vorgesehener Sensoren (nicht gezeigt) ausgegeben werden, mit denen das Kraftfahrzeug ausgerüstet ist. Die Motorstromdetektoreinrichtung 93 kann beispielsweise durch einen Widerstand gebildet werden, dessen eines Ende an Masse angeschlossen ist.
Fig. 8 zeigt Änderungen bei dem Kupplungssteuersignal C und dem Motorstrombefehlswert I0. Wie bei (a) in Fig. 8 gezeigt ist, befindet sich das Kupplungssteuersignal C auf dem Einschaltpegel (der einen Kupplungsstrom in der Größenordnung von beispielsweise 1 Ampere anzeigt), wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V niedriger als die vorbestimmte Bezugsfahrzeuggeschwindigkeit V0 ist, und wird auf den Ausschaltpegel umgeschaltet (also den Pegel, welcher einem Kupplungsstrom von 0 entspricht), wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V größer oder gleich der vorbestimmten Bezugsfahrzeuggeschwindigkeit V0 ist. Weiterhin wird, wie bei (b) in Fig. 8 gezeigt ist, der Motorstrombefehlswert I0 so geändert, daß er ansteigt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V abnimmt, oder das Lenkdrehmoment T zunimmt, solange die Fahrzeuggeschwindigkeit V niedriger ist als die vorbestimmte Bezugsfahrzeuggeschwindigkeit V0, und wird unterbrochen (also auf den Pegel 0 eingestellt), wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V größer oder gleich der vorbestimmten Bezugsfahrzeugsgeschwindigkeit V0 ist. Im allgemeinen ist das Lenkrad 1 schwer zu betätigen (ist also das erforderliche Lenkdrehmoment T groß), wenn das Kraftfahrzeug mit geringer Geschwindigkeit fährt, wogegen das Lenkrad 1 einfach zu betätigen ist (also das erforderliche Lenkdrehmoment T niedrig ist), wenn das Kraftfahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt, obwohl dies auch in gewissem Umfang vom Straßenzustand abhängt. Daher wird das Lenkhilfsdrehmoment erhöht, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V kleiner wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 8 erfolgt nunmehr eine Beschreibung des Betriebs des in den Fig. 6 und 7 gezeigten motorgetriebenen Servolenksteuersystems.
Beim Fahren mit niedriger Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit V niedriger ist als die vorbestimmte Bezugsfahrzeuggeschwindigkeit V0, hält die in der Steuervorrichtung 9 vorgesehene Kupplungssteuereinrichtung 92 das Kupplungssteuersignal C auf dem Einschaltpegel, damit die elektromagnetische Kupplung 14 betriebsmäßig mit dem Elektromotor 13 gekuppelt ist. Weiterhin erzeugt die Stromberechnungs/Antriebseinrichtung 91 ein Signal, welches den Motorstrombefehlswert I0 angibt, welcher auf der Grundlage der von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 10 ausgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit V und des Lenkdrehmoments I0 bestimmt wird, welches von dem Lenkdrehmomentsensor 3 abgeleitet wird, um hierdurch den Elektromotor 13 so anzutreiben, daß das erforderliche Lenkhilfsdrehmoment von dem Elektromotor 13 erzeugt wird.
Genauer gesagt wird, da ein höheres Lenkdrehmoment erforderlich ist, wenn die Fahrzeuggeschwindigekeit V niedriger ist, der Motorstrombefehlswert I0, welcher schließlich das Lenkhilfsdrehmoment bestimmt, auf einen entsprechend hohen Wert eingestellt. Wenn in Abhängigkeit vom Straßenzustand ein höheres Lenkdrehmoment erforderlich ist, so wird der Motorstrombefehlswert I0 auf einen entsprechend hohen Wert eingestellt.
Auf diese Weise kann die Größe des Lenkdrehmoments T, welches der Fahrer an das Lenkrad anlegen muß, im wesentlichen oder annähernd konstant gehalten werden, unabhängig vom Fahrzustand des Kraftfahrzeuges.
Wenn das Auftreten einer Störung in dem System während des Fahrens des Kraftfahrzeug festgestellt wird, so unterbricht die Kupplungssteuereinrichtung 92 das Kupplungssteuersignal C, um hierdurch die elektromagnetische Kupplung 14 von dem Elektromotor 13 zu trennen, um die Sicherheit des Lenkvorgangs sicherzustellen. In diesem Zusammenhang kann das Auftreten einer Störung oder eines nicht normalen Zustands festgestellt werden, wenn der Motorstrombefehlswert I0 oder tatsächliche Motorstrom I einen nicht normalen Wert anzeigt, und/oder wenn der Lenkhilfevorgang für das Lenkrad 1 über einen längeren Zeitraum unwirksam bleibt.
Andererseits stellt in dem Hochgeschwindigkeits-Fahrbereich, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V höher ist als die vorbestimmte Bezugsfahrzeuggeschwindigkeit V0, die Stromberechnungs/Antriebseinrichtung 91 den Motorstrombefehlswert I0 auf Null ein, während die Steuervorrichtung 9 das Kupplungssteuersignal C unterbricht, um hierdurch die elektromagnetische Kupplung 14 von dem Elektromotor 13 zu trennen. Da keine Spannung an den Elektromotor 13 angelegt wird, bleibt dieser in diesem Fall inaktiv. Weiterhin bringt das Auftreten der Systemstörung während des Hochgeschwindigkeitsbetriebs kein Hindernis für die Betätigung des Lenkrades mit sich. Wird die Fahrzeuggeschwindigkeit V niedriger als die vorbestimmte Bezugsfahrzeuggeschwindigkeit V0, so wird das Kupplungssteuersignal C erneut auf den Einschaltpegel umgeschaltet, was dazu führt, daß die elektromagnetische Kupplung 14 im Betrieb mit dem Elektromotor 13 gekuppelt wird, um hierdurch die Steuerung des tatsächlichen Motorstroms I in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit V und dem Lenkdrehmoment T durchzuführen, wie voranstehend bereits erläutert wurde.
Wenn im Gegensatz hierzu ein nicht normaler Zustand in der Steuervorrichtung 9 auftritt, so kann ein ungewünschter Motorstrombefehlswert I0 erzeugt werden, so daß unerwünscht der Elektromotor 13 angetrieben wird, wodurch das Lenkrad 1 zwangsweise gedreht wird. Weiterhin würde das Auftreten einer mechanischen Störung in dem Elektromotor 13 es für den Fahrer schwierig machen, das Lenkrad 1 zu betätigen, wodurch die ernstzunehmende Situation auftritt, daß ein Lenken nicht mehr durchgeführt werden kann. Obwohl derartige Unzuträglichkeiten sicherlich in dem Betriebsbereich bei niedriger Geschwindigkeit toleriert werden können, dürfen sie niemals im Betrieb mit hoher Geschwindigkeit auftreten, da andernfalls die Sicherheit des Lenkvorgangs bemerkenswert verringert wäre.
Unter diesen Umständen wird die Sicherheit des Lenkvorgangs dadurch sichergestellt, daß eine solche Anordnung eingesetzt wird, daß dann, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V höher als die vorbestimmte Bezugsfahrzeuggeschwindigkeit V0 wird, das Kupplungssteuersignal C auf den Ausschaltpegel (Null) umgeschaltet wird.
Bei dem voranstehend beschriebenen, konventionellen motorgetriebenen Servolenkungssteuersystem wird die elektromagnetische Kupplung 14 beim Betrieb mit niedriger Geschwindigkeit mit elektrischer Energie versorgt, solange keine Systemstörung auftritt, wogegen im Betrieb mit hoher Geschwindigkeit die elektromagnetische Kupplung 14 von dem Elektromotor 13 getrennt wird, unabhängig davon, ob eine Systemstörung auftritt oder nicht. Jedesmal, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V die vorbestimmte Bezugsfahrzeuggeschwindigkeit V0 überschreitet, wird daher die elektromagnetische Kupplung 14 vom Motor 13 abgetrennt, was von der Erzeugung bemerkenswert starker Geräusche begleitet wird, und dies ist selbstverständlich unter Komfortgesichtspunkten beim Fahren des Fahrzeugs unerwünscht. Darüber hinaus beeinträchtigt ein häufiges Einschalten/Ausschalten der elektromagnetischen Kupplung 14 die Lebensdauer und verkürzt die Nutzungsdauer. Darüber hinaus kann der Einschalt/Ausschaltvorgang der elektromagnetischen Kupplung 14 als Stoß auf den Fahrer übertragen werden, der dadurch lenkt, daß er das Lenkrad 1 festhält.
Die im Zusammenhang mit den Fig. 6 bis 8 beschriebenen Vorrichtungen sind ebenfalls aus DE 42 31 328 A1 bekannt, welche, wie eingangs erwähnt, den Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2 offenbart. Diese Schrift offenbart ein System zur Vermeidung einer häufigen Betätigung der Kupplung, bei welchem eine Motor-Steuereinrichtung zum Steuern des dem Elektromotor zugeführten Stroms vorgesehen ist, welche diese Steuerung auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkdrehmomentes durchführt, und dem dem Motor zugeführten Strom auf Null reduziert, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer oder gleich einer vorgegebenen Geschwindigkeit ist. Ebenso ist eine Kupplungs- Steuereinrichtung zum Ein- und Ausschalten der Kupplung vorgesehen, wobei dies auf der Grundlage des Lenkdrehmoments, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Lenkgeschwindigkeit und der Motorspannung geschieht, und die Kupplung dem Motor vom Lenksystem vollkommen trennt, wenn ein Systemausfall während einer Fahrt mit einer Geschwindigkeit erfaßt wird, die größer als eine vorgegebene Geschwindigkeit ist. Ein Systemausfall wird für den Fall bestimmt, daß z. B. das Lenkdrehmoment bzw. eine Änderungsrate des Lenkdrehmomentes größer einem vorgegebenen Wert ist und die Motorspannung am Elektromotor in einem stromlosen Zustand gleich Null ist, oder die Lenkgeschwindigkeit größer einem vorgegebenem Wert ist und die Motorspannung an dem Motor in einem stromlosen Zustand gleich Null ist.
Aus der DE 42 30 516 A1 ist eine Steuervorrichtung für ein mit einem. Motor ausgestatteten Servolenksystem bekannt. Das beschriebene System dient der Vermeidung eines fehlerhaften Steuerbetriebes, wenn einzelne Drehmomentsensoren, welche das Lenkdrehmoment erfassen, fehlerhaft arbeiten. Zu diesem Zweck wird die Steuerung des Servolenksystems auf der Grundlage eines von einer Mittelwertbildungsvorrichtung berechneten Durchschnittslenkmomentes durchgeführt.
DE 40 23 812 C2 offenbart eine Vorrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion einer elektromotorischen Servolenkung eines Kraftfahrzeugs. Die beschriebene Vorrichtung hat die Aufgabe, selbst dann zuverlässig eine Fehlfunktion festzustellen, wenn der Lenkwinkelfühler ein falsches Ausgangssignal mit mäßiger und nicht unnormaler Größe erzeugt. Eine Unnormalitäts-Feststelleinheit bestimmt auf der Grundlage einer gemessenen Lenkkraft und der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit, ob ein gemessenener Lenkwinkel unnormal ist oder nicht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Servolenksystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem die Steuerung der Kupplung kontinuierlich erfolgt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch Vorrichtungen mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles der Patentansprüche 1 und 2. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.
Infolge der Anordnung, daß der Betrieb des Elektromotors unterbrochen wird, wobei die Kupplungskraft der Kupplungskraftsteuereinrichtung verringert wird, wenn das Lastdrehmoment, welches auf der Grundlage des Lenkdrehmoments festgestellt wird, den Entscheidungsbezugswert für ein nicht normales Drehmoment überschreitet, kann die Sicherheit des Lenkvorgangs sichergestellt werden, selbst wenn eine mechanische Störung in dem Motor auftritt. Da die Kupplungskraftsteuereinrichtung nicht in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit Ein/Ausgeschaltet wird, kann die Erzeugung von Geräuschen infolge des Betriebs der Kupplungskraftsteuereinrichtung vermieden werden, und ebenso die Beeinträchtigung der Lebensdauer und die Erzeugung von Stößen oder eines Rucks, die auf das Lenkrad und daher auf den Fahrer übertragen werden.
Wenn das Lastdrehmoment zusätzlich auf der Grundlage des Lenkdrehmoments und des berechneten Wertes des von dem Elektromotor angelegten Hilfsdrehmoments festgestellt wird, kann noch wirksamer die Sicherheit des Lenkvorgangs sichergestellt werden, selbst wenn eine Störung in dem Motor auftritt.
Infolge der Anordnung, daß der Betrieb des Elektromotors gestoppt wird, wobei die Kupplungskraft der Kupplungskraftsteuereinrichtung verringert wird, wenn das Lastdrehmoment, welches auf der Grundlage des Lenkdrehmoments festgestellt wird, den Entscheidungsbezugswert für das nicht normale Drehmoment überschreitet, und wenn die Dauer des Lastdrehmoments größer wird als die Bezugszeit, kann die Sicherheit des Lenkvorgangs selbst dann sichergestellt werden, wenn eine mechanische Störung in dem Antriebsmotor auftritt.
Infolge der Anordnung, daß die Kupplungskraft der elektromagnetischen Kupplung so gesteuert wird, daß das Lenkdrehmoment nicht einen vorbestimmten Wert überschreitet, der das Lenken ohne nennenswerte Schwierigkeiten gestattet, kann verhindert werden, daß die Kupplungskraft der Kupplungskraftsteuereinrichtung übermäßig verringert wird. Mit anderen Worten arbeitet die Kupplungskraftsteuereinrichtung im wesentlichen in einem halbgekuppelten Zustand. Die Erzeugung von Geräuschen infolge des Betriebs der Kupplungskraftsteuereinrichtung, eine Beeinträchtigung der Lebensdauer, und eine Übertragung eines Rucks auf den Fahrer können daher auf das mögliche Minimum unterdrückt werden. Darüber hinaus kann die Sicherheit des Lenkvorgangs selbst dann sichergestellt werden, wenn eine mechanische Störung in dem Elektromotor und/oder anderen Bauteilen des Servolenkungssystems auftritt.
Wenn bei einer bevorzugten Ausführungsform entschieden wird, daß sich der Elektromotor dreht, so wird der Betrieb der Motorstörungsüberwachungs/Steuereinrichtung gesperrt. Daher kann die Sicherheit des Lenkvorgangs selbst dann sichergestellt werden, wenn eine mechanische Störung in dem Motor auftritt. Da die Kupplungskraftsteuereinrichtung nicht in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit ein/ausgeschaltet wird, können wirksam die Erzeugung von Geräuschen infolge des Betriebs der Kupplungskraftsteuereinrichtung, die Verringerung der Lebensdauer und die Erzeugung eines Rucks verhindert werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform umfaßt eine Motordrehungsentscheidungseinrichtung, welche die Drehzahl (Umdrehungen pro Minute) des Elektromotors auf der Grundlage der Motorspannung und des Motorstroms schätzt, um hierdurch zu entscheiden, ob sich der Elektromotor dreht oder nicht. Wenn entschieden wird, daß sich der Motor dreht, so wird der Betrieb der Motorstörungsüberwachungs/Steuereinrichtung gesperrt. Daher kann die Sicherheit des Lenkvorgangs sichergestellt werden, selbst wenn in dem Motor eine Störung auftritt. Da die Kupplungskraftsteuereinrichtung nicht in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit ein/ausgeschaltet wird, können darüber hinaus noch wirksamer die Erzeugung von Geräuschen infolge des Betriebs der Kupplungskraftsteuereinrichtung, eine Verringerung der Lebensdauer und die Erzeugung eines Rucks verhindert werden.
Durch die bevorzugte Ausführung, bei welcher die Motordrehungsentscheidungseinrichtung die Drehzahl (Umdrehungen pro Minute) des Elektromotors auf der Grundlage der von dem Motor erzeugten Spannung (Regenerationsspannung) und des Motorstroms abschätzt, um hierdurch zu entscheiden, ob sich der Elektromotor dreht oder nicht, wobei der Betrieb der Motorstörungsüberwachungs/Steuereinrichtung gesperrt wird, wenn die Motordrehungsentscheidungseinrichtung entscheidet, daß sich der Elektromotor dreht, kann die Sicherheit des Lenkvorgangs selbst dann sichergestellt werden, wenn eine mechanische Störung in dem Motor auftritt. Da die Kupplungskraftsteuereinrichtung nicht in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit ein/ausgeschaltet wird, können darüber hinaus die Erzeugung von Geräuschen infolge des Betriebs der Kupplungskraftsteuereinrichtung, eine Verringerung der Lebensdauer, und die Erzeugung eines Rucks noch wirksamer vermieden werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Steuervorrichtung weiterhin eine Motordrehungsentscheidungseinrichtung aufweisen, um zu entscheiden, ob sich der Elektromotor dreht oder nicht, wobei für einen vorbestimmten Zeitraum seit dem Zeitpunkt, an welchem die Motordrehungs-Entscheidungseinrichtung entschieden hat, daß sich der Elektromotor dreht, der Betrieb der Motorstörungsüberwachungs/Steuereinrichtung gesperrt ist.
Durch die voranstehend geschilderte Anordnung kann ebenfalls die Sicherheit des Lenkvorgangs sichergestellt werden, selbst wenn eine mechanische Störung in dem Motor auftritt. Da die Kupplungskraftsteuereinrichtung nicht in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit ein/ausgeschaltet wird, können noch wirksamer die Erzeugung von Geräuschen infolge des Betriebs der Kupplungskraftsteuereinrichtung, eine Verringerung der Lebensdauer und die Erzeugung eines an das Lenkrad übertragenen Rucks verhindert werden.
Infolge des Merkmales, daß die Kupplung durch eine elektromagnetische Scheibenkupplung gebildet wird, die einen Kupplungsspalt aufweist, der im wesentlichen gleich Null ist, kann die Sicherheit des Lenkvorganges sichergestellt werden. Da die elektromagnetische Scheibenkupplung nicht in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit ein/ausgeschaltet wird, können noch wirksamer die Erzeugung von Geräuschen infolge des Betriebs der Scheibenkupplung, eine Verringerung der Lebensdauer, und die Erzeugung eines an das Lenkrad und damit an den Fahrer übertragenen Rucks verhindert werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen sich weitere Ziele, Merkmale und zugehörige Vorteile ergeben. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild der allgemeinen Anordnung einer Steuervorrichtung für ein motorbetriebenes Servolenkungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Funktionsblockschaltbild zur Erläuterung verschiedener Funktionen, die von einer Steuervorrichtung 9A gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durchgeführt werden;
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehungen zwischen einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einem Kupplungssteuersignal und einem Motorstrombefehl, die in einem Speicher in Form einer Nachschlagtabelle gespeichert sind;
Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Betriebs der Steuervorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 5 ein Flußdiagramm, welches das Flußdiagramm von Fig. 4 fortsetzt;
Fig. 6 eine schematische Darstellung der allgemeinen Anordnung eines konventionellen, motorgetriebenen Servolenkungssteuersystems;
Fig. 7 ein Funktionsblockdiagramm, welches die Anordnung der Steuervorrichtung zeigt, die in den voranstehend angegebenen System vorgesehen ist; und
Fig. 8 eine graphische Darstellung von Änderungen des Kupplungssteuersignals und des Motorstrombefehlswertes I0.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, welches die allgemeine Anordnung einer Steuervorrichtung für ein motorgetriebenes Servolenkungssystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt. In dieser Figur sind gleiche Teile oder Bauteile wie jene, die voranstehend unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben wurden, durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und auf ihre erneute Beschreibung wird verzichtet.
Die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung weist eine Steuereinheit 9A auf, welche eine zentrale Bearbeitungseinheit (nachstehend abgekürzt als CPU bezeichnet) 20 aufweist, und eine Energieversorgungsschaltung 21, die an eine Batterie 11 angeschlossen ist, um elektrische Energie verschiedenen Schaltungen zuzuführen, beispielsweise der CPU 20 und anderen, die in der Steuervorrichtung 9A vorgesehen sind.
Ein Lenkdrehmoment T, welches von dem Lenkdrehmomentsensor 3 erfaßt wird, wird der CPU 20 über eine Eingangsschnittstellenschaltung 22 zugeführt. Auf ähnliche Weise wird die Fahrzeuggeschwindigkeit V, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 10 erfaßt wird, der CPU 20 als weiteres Eingangssignal zugeführt. Die CPU 20 führt vorbestimmte Verarbeitungen dieser Eingangssignale auf nachstehend noch im einzelnen erläuterte Weise durch, um hierdurch ein Motortreibersignal zu erzeugen, welches der Motortreiberschaltung 23 zugeführt wird.
Die Motortreiberschaltung 23 reagiert auf das von der CPU 20 gelieferte Motortreibersignal damit, daß sie den Elektromotor 13 über eine Brückenschaltung steuert, die beispielsweise aus vier Feldeffekttransistoren (abgekürzt FETs) 29, 30, 31, 32 besteht, die in Form einer H-artigen Brücke miteinander geschaltet sind.
Die elektromagnetische Kupplung 14 ist so ausgebildet, daß sie durch eine Kupplungstreiberschaltung 92A getrieben wird, welche wiederum von der CPU 20 gesteuert wird.
Eine Motorstromdetektorschaltung 93A ist dazu vorgesehen, den durch den Motor 13 fließenden Strom zu erfassen, wobei das Ausgangssignal dieser Schaltung 93A der CPU 20 zugeführt wird. Die Motorstromdetektorschaltung 93A kann durch einen Widerstand gebildet werden.
Zum Anlegen einer Vorspannung über den Motor 13 ist eine Motorklemme mit einer Energieversorgungsklemme 25 über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 27 und einem Kathoden- Anodenpfad einer Diode 26 verbunden. Die Energieversorgungsklemme 25 wird mit einer Gleichspannung von der Energieversorgungsspannung 21 versorgt.
Die andere Klemme des Motors 13 ist an Massepotential über einen Widerstand 28 angeschlossen, wobei ein Verbindungspunkt zwischen dieser Motorklemme und dem Widerstand 28 an eine Motorklemmenspannungs-Detektorschaltung 906A angeschlossen ist, deren Ausgangssignal ebenfalls an die CPU 20 geliefert wird.
Fig. 2 ist ein Funktionsblockdiagramm zur Erläuterung verschiedener Funktionen, die von der Steuervorrichtung 9A gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ausgeführt werden. Im einzelnen sind in der Steuervorrichtung 9A eine Stromberechnungs-Treibereinrichtung 91 vorgesehen, um arithmetisch einen Motorstrombefehlswert I0 auf der Grundlage des Lenkdrehmoments T, welches von dem Lenkdrehmomentsensor 3 geliefert wird, und der Fahrzeuggeschwindigkeit V festzulegen, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 10 geliefert wird, um den Elektromotor 13 anzutreiben, eine Kupplungssteuereinrichtung 92B, welche der in Fig. 1 gezeigten Kupplungstreiberschaltung 92A entspricht und dazu dient, kontinuierlich das Kupplungssteuersignal C für die elektromagnetische Kupplung 14 kontinuierlich vom Einschaltpegel bis zum Ausschaltpegel zu steuern, und eine Motorstromdetektoreinrichtung 93B, welche der in Fig. 1 dargestellten Motorstromdetektorschaltung 93A entspricht und dazu dient, den tatsächlichen Motorstrom I des Motors 13 zu erfassen, um hierdurch ein Signal, welches den tatsächlichen Motorstrom I angibt, an die Stromberechnungs/Treibereinrichtung 91 zu liefern.
Die Stromberechnungs/Treibereinrichtung 91 reagiert auf ein Rückkopplungssignal, welches den tatsächlichen Motorstrom I anzeigt, der von der Motorstromdetektoreinrichtung 93 festgestellt wird, um hierdurch die über den Motor 13 angelegte Spannung zu steuern, so daß der dem Motorstrombefehlswert I0 entsprechende Strom durch den Motor 13 fließen kann. Andererseits ist die Kupplungssteuereinrichtung 92B so ausgelegt, daß sie das Kupplungssteuersignal C unterbricht, wenn das Auftreten einer Systemstörung auf der Grundlage der Detektorsignale festgestellt wird, die von den verschiedenen Sensoren erhalten werden.
Eine Arithmetikeinrichtung 901 für einen Entscheidungsbezugswert für ein nicht normales Drehmoment bestimmt oder berechnet einen Entscheidungsbezugswert T0 für ein nicht normales Drehmoment sowie eine Bezugszeit t0 auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 10 erfaßt wird.
Der Entscheidungsbezugswert T0 für das nicht normale Drehmoment und die Entscheidungsbezugszeit t0 können dadurch bestimmt werden, daß Bezugnahme auf eine Tabelle erfolgt, die durch tatsächliche Messung der Lenkdrehmomente T und deren Dauer bei mehreren unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten in dem Zustand erfolgt, wenn kein Hilfsdrehmoment angelegt wird. Die vorbereitete Tabelle wird in einem Speicher gespeichert, der in der Steuervorrichtung 9A vorgesehen, jedoch nicht gezeigt ist.
In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 3 graphisch den Inhalt der voranstehend geschilderten Nachschlagetabelle. In der Figur sind nur beispielhaft Beziehungen zwischen den Entscheidungsbezugswerten T0 für das nicht normale Drehmoment und den Bezugszeiten t0 dargestellt, wobei als Parameter die Fahrzeuggeschwindigkeiten von 60 km/h, 80 km/h bzw. 100 km/h dienen. Unter Bezugnahme auf diese Beziehungen, die in dem Speicher in Form einer Nachschlagetabelle gespeichert sind, ist es möglich Entscheidungen zu treffen, ob in dem Motor 13 oder anderen Bauteilen des Lenkmechanismus ein nicht normaler Zustand auftritt oder nicht.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, werden das nicht normale Drehmoment und dessen festgestellte Dauer kleiner, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß zwar sowohl der Entscheidungsbezugswert T0 für das nicht normale Drehmoment als auch die Bezugszeit t0 dazu verwendet werden, das Auftreten eines nicht normalen Zustands in dem motorgetriebenen Servolenkungssystem im Falle der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung festzustellen, jedoch kann, wie nachstehend noch erläutert wird, die Entscheidung in Bezug auf einen nicht normalen Zustand ebenfalls nur auf der Grundlage des Entscheidungsbezugswertes T0 für ein nicht normales Drehmoment erfolgen.
Weiterhin ist eine Lastdrehmoment-Berechnungseinrichtung 902 vorgesehen, die so ausgelegt ist, daß sie ein Lastdrehmoment TL bestimmt, durch Addieren des Lenkdrehmoments T, welches von dem Lenkdrehmomentsensor 3 erfaßt wird, zu einem Hilfsdrehmoment, welches durch den Motor 13 angelegt wird, welches arithmetisch auf der Grundlage des tatsächlichen Motorstroms I oder des Motorstrombefehlswertes I0 ermittelt werden kann.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß das Lenkdrehmoment T auch statt des Lastdrehmoments TL verwendet werden kann.
Der Vergleich des Lastdrehmoments TL mit dem voranstehend erwähnten Entscheidungsbezugswert T0 für ein nicht normales Drehmoment, und der Vergleich der Dauer tL mit der Bezugszeit t0, falls gewünscht, werden von einer Drehmomentvergleichseinrichtung 903 durchgeführt. Wenn der voranstehend erwähnte Vergleich dazu führt, daß das Lastdrehmoment TL den Entscheidungsbezugswert T0 für das nicht normale Drehmoment überschreitet, und daß die Dauer tL des Lastdrehmoments TL größer ist als die Entscheidungsbezugszeit t0, so entscheidet eine Motorstörungsüberwachungs/Steuereinrichtung (oder Bearbeitungseinrichtung) 904, daß ein nicht normaler Zustand, beispielsweise ein Blockierzustand, in dem Motor 13 vorliegt, um hierdurch einen Befehl an die Stromberechnungs/Treibereinrichtung 91 auszugeben, den Betrieb des Motors 13 anzuhalten, und gleichzeitig einen Befehl an die Kupplungssteuereinrichtung 92B auszugeben, um die Kupplungskraft der elektromagnetischen Kupplung 14 zu verringern.
Die elektromagnetische Kupplung 14 ist vorzugsweise in Form einer elektromagnetischen Trockenscheibenkupplung vorgesehen, die einen Kupplungsspalt von im wesentlichen gleich Null aufweist, so daß die elektromagnetische Kupplung 14 in einem halbgekuppelten Zustand bleiben kann, selbst wenn die Kupplungssteuereinrichtung 92B deaktiviert wird, um so die Geräuscherzeugung infolge der Betätigung der elektromagnetischen Kupplung 14 zu unterdrücken oder zu mildern, ebenso wie eine Verringerung von deren Lebensdauer, und den Ruck, welchen ein Fahrer erfährt, wie dies voranstehend im Zusammenhang mit dem motorgetriebenen Servolenkungssystem nach dem Stand der Technik beschrieben wurde.
Allerdings wird zu diesem Zeitpunkt darauf hingewiesen, daß dann, wenn entschieden wird, daß das Lastdrehmoment TL den Entscheidungsbezugswert T0 für das nicht normale Drehmoment überschreitet, das Auftreten eines nicht normalen Zustands entschieden wird, um hierdurch der Stromberechnungs/Treibereinrichtung zu befehlen, den Betrieb des Motors 13 anzuhalten, während die Kupplungskraft der elektromagnetischen Kupplung 14 im wesentlichen auf den halbgekuppelten Zustand gesteuert wird, selbst wenn die Kupplungssteuereinrichtung 92B deaktiviert (ausgeschaltet) ist, so daß das Lenkdrehmoment T, welches von dem Lenkdrehmomentsensor 3 erfaßt wird, nicht einen vorbestimmten Wert (beispielsweise 50 kg . cm) überschreitet, welcher eine Betätigung des Lenkrades gestattet. Durch diese Anordnung wird verhindert, daß die Kupplungskraft der elektromagnetischen Kupplung 14 übermäßig verringert wird. Daher können die Erzeugung von Geräuschen infolge des Betriebs der elektromagnetischen Kupplung, die Verringerung ihrer Lebensdauer, und das Auftreten des Lenkungsrucks auf zufriedenstellende Weise verhindert werden.
In diesem Fall kann die Entscheidung eines nicht normalen Zustands des Motors 13 auf der Grundlage nicht nur des Entscheidungsbezugswertes T0 erfolgen, sondern auch auf der Grundlage der Bezugszeit t0, wobei dann, wenn das Lastdrehmoment TL den Entscheidungsbezugswert T0 für das nicht normale Drehmoment überschreitet, und wenn dessen Dauer TL die Bezugszeit t0 überschreitet, eine Entscheidung getroffen wird, daß ein nicht normaler Zustand vorhanden ist, um hierdurch der Stromberechnungs/Treibereinrichtung 91 zu befehlen, den Betrieb des Motors 13 anzuhalten, während gleichzeitig die Kupplungskraft der elektromagnetischen Kupplung 14 dadurch gesteuert wird, daß kontinuierlich die Kupplungssteuereinrichtung 92B von dem Einschaltzustand bis zum Ausschaltzustand gesteuert wird, in Abhängigkeit von dem Lenkdrehmoment T, so daß das Lenkdrehmoment T, welches von dem Lenkdrehmomentsensor 3 erfaßt wird, nicht einen vorbestimmten Wert (beispielsweise 50 kg . cm) überschreitet, welcher im wesentlichen kein Hindernis für die manuelle Betätigung des Lenkrades darstellt. Infolge dieser Anordnung muß die Kupplungskraft der elektromagnetischen Kupplung 14 nicht übermäßig verringert werden. Darüber hinaus können die voranstehend geschilderten Probleme noch wirksamer beseitigt werden.
Eine Motorspannungsdetektoreinrichtung 905 ist zur Erfassung einer Motortreiberspannung vorgesehen. Zu diesem Zweck kann die Motorspannungsdetektoreinrichtung 905 so ausgebildet sein, daß sie eine über den Motor 13 angelegte Spannung auf der Grundlage der Quellenspannung erfaßt, die von der Energieversorgungsspannungs-Detektorschaltung 905A (vgl. Fig. 1) erfaßt wird, und einer Impulsdauer (oder eines Tastverhältnisses (des Impulsbreiten-modulierten Signals) (PWM: Impulsbreitenmodulation), welches von der CPU 20 ausgegeben wird, um die voranstehend erwähnte H- Brückenschaltung zu treiben, während der Spannungsabfall berücksichtigt wird, welcher in der Schaltung auftritt, die zwischen dem Motor 13 und dessen Energieversorgung liegt.
Andererseits dient die Motorstromdetektor-Schaltung 93A zur Erfassung des tatsächlichen Motorstroms I, der durch den Motor 13 fließt. Die Motorstromdetektorschaltung 93A kann durch einen Nebenschlußwiderstand gebildet werden, der in die Stromversorgungsleitung für den Motor 13 eingeführt wird. Auf der Grundlage der über diesem Widerstand abfallenden Spannung kann der Motorstrom I ermittelt werden.
Eine Motordrehungs-Entscheidungseinrichtung 907 dient zur Entscheidung, ob sich der Motor 13 dreht oder nicht, durch Abschätzung einer Drehzahl NM des Motors 13 auf der Grundlage der an den Motor 13 angelegten Spannung und des tatsächlichen Motorstroms I. Genauer gesagt wird eine Regenerierspannung aus dem tatsächlichen Motorstrom I und einem Motorstrom im stationären Zustand des Motors 13 abgeschätzt, welche wiederum aus der an dem Motor 13 angelegten Spannung und dessen Ankerwiderstand ermittelt werden kann. Auf der Grundlage dieser Regenerierspannung wird entschieden, ob sich der Motor 13 dreht oder nicht. Diese Entscheidung wird hauptsächlich in dem Zustand durchgeführt, in welchem der Motor 13 angetrieben wird.
Die Motorregenerierspannungs-Detektoreinrichtung 906 dient zur Erfassung der vom Motor 13 erzeugten Spannung, wenn er nicht angetrieben wird. Die Motorregenerierspannungs- Detektoreinrichtung 906 entspricht der in Fig. 1 gezeigten Motorklemmenspannungs-Detektorschaltung 906A. Im einzelnen ist eine Vorspannungsschaltung vorgesehen, welche durch die Diode 26 und die Widerstände 27 und 28 von Fig. 1 gebildet wird, wobei die Regenerierspannung des Motors 13 als die Klemmenspannung des Widerstands 28 erfaßt wird, und der Motorregenerierspannungs-Detektoreinrichtung 906 zugeführt wird, damit letztere eine Entscheidung treffen kann, ob sich der Motor 13 dreht oder nicht.
Weiterhin ist eine Motordrehungs-Entscheidungseinrichtung 907 vorgesehen, um den Verarbeitungsbetrieb der Motorstörungsüberwachungs/Steuereinrichtung 904 zu sperren, wenn entschieden wird, daß sich der Motor 13 dreht. In diesem Zusammenhang sollte erwähnt werden, daß der Betrieb zum Sperren der Motorstörungs-Verarbeitung nur für eine vorbestimmte Zeit seit dem Zeitpunkt gültig geschaltet werden kann, wenn eine Entscheidung erfolgte, daß sich der Motor 13 dreht. Dies kann einfach unter Verwendung eines Zeitzählers (nicht gezeigt) durchgeführt werden.
Allerdings wird darauf hingewiesen, daß die Motordrehungs- Entscheidungseinrichtung 907 auch die Funktion zum Sperren des Betriebs der Motorstörungsüberwachungs/Steuereinrichtung 904 loswerden kann.
Die Kupplungssteuereinrichtung 92B und die elektromagnetische Kupplung 14 arbeiten so zusammen, daß sie die Kupplungskraftsteuereinrichtung der Steuervorrichtung gemäß der Erfindung bilden. Weiterhin können die Arithmetikeinrichtung 901 für den Entscheidungsbezugswert für ein nicht normales Drehmoment, die Lastdrehmoment- Berechnungseinrichtung 902, die Motorstörungsüberwachungs/Steuereinrichtung 904 und die Motorspannungs-Detektoreinrichtung 905 durch Software verwirklicht werden, welche von der CPU 20 gemäß Fig. 1 ausgeführt wird.
Nachstehend erfolgt unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 die Beschreibung des Betriebs der Steuervorrichtung für das motorgetriebene Servolenkungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung.
In einem Schritt S1 wird die Fahrzeuggeschwindigkeit V vom Ausgang des Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensors 10 geholt, während in einem Schritt S2 das Lenkdrehmoment T vom Ausgang des Lenkdrehmomentsensors 3 geholt wird.
Daraufhin wird in einem Schritt S3 der Motorstrombefehlswert I0 von der Stromberechnungs/Treibereinrichtung 91 auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit V und des Lenkdrehmoments T berechnet.
In einem Schritt S4 werden der Entscheidungsbezugswert T0 für ein nicht normales Drehmoment und die Bezugszeit t0 in Abhängigkeit von der erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeit V durch die Arithmetikeinrichtung 901 für den Entscheidungsbezugswert für ein nicht normales Drehmoment bestimmt, durch Bezugnahme auf die voranstehend erwähnte Nachschlagetabelle (vgl. Fig. 3).
In einem Schritt S5 wird das Lastdrehmoment TL durch die Lastdrehmomentberechnungs-Einrichtung 902 bestimmt, durch Hinzuaddieren des von dem Lenkdrehmomentsensor 3 erfaßten Lenkdrehmoments T zu einem berechneten Wert KI0 (oder KI) des Hilfsdrehmoments des Motors 13, welches auf der Grundlage des Motorstroms I (oder I0) ermittelt wird. In dem voranstehend angegebenen Ausdruck stellt K eine Konstante dar.
In einem Schritt S6 wird von der Stromberechnungs- Treibereinrichtung 91 entschieden, ob der Motor 13 angetrieben wird oder nicht. Wenn der Motor 13 angetrieben wird (also der Entscheidungsschritt S6 zu einer bejahenden Antwort oder "JA" führt), so geht die Verarbeitung zu einem Schritt S9 über. Andernfalls (also wenn die Antwort beim Entscheidungsschritt S6 negativ ist oder "NEIN"), so geht die Verarbeitung zu einem Schritt S7 über.
Im Schritt S9 wird die an den Motor 13 angelegte Spannung von der Motorspannungs-Detektoreinrichtung 905 erfaßt.
In einem Schritt S10 wird dann der tatsächliche Motorstrom I von der Motordetektorschaltung 93A festgestellt.
Daraufhin wird in einem Schritt S11 die Drehzahl NM des Motors 13 durch die Motordrehungs-Entscheidungseinrichtung 904 auf der Grundlage der an den Motor 13 angelegten Spannung und des tatsächlichen Motorstroms I abgeschätzt. Genauer gesagt wird auf der Grundlage des tatsächlichen Motorstroms I, der im Schritt S10 erfaßt wird, und des Motorstroms im stationären Zustand des Motors 13, der aus der an den Motor 13 angelegten Spannung und dessen Ankerwiderstand bestimmt werden kann, die Regenerierspannung des Motors 13 (also die von dem Motor 13 erzeugte Spannung) abgeschätzt. Die Drehzahl NM wird dann auf der Grundlage der Regenerierspannung des Motors 13 abgeschätzt.
Andererseits erfaßt im Schritt S7 die Motorregenerierspannungs-Detektoreinrichtung 906 die Motorregenerierspannung, gefolgt von einem Schritt S8, in welchem die Drehzahl NM (Umdrehungen pro Minute) des Motors 13 abgeschätzt wird.
Daraufhin erfolgt in einem Schritt S12 eine Entscheidung durch die Drehmoment-Vergleichseinrichtung 903, ob das Lastdrehmoment TL größer ist als der Entscheidungsbezugswert T0 für das nicht normale Drehmoment, oder nicht. Wird entschieden, daß TL größer ist als T0, so geht die Verarbeitung zu einem Schritt S13 über, und andernfalls zu einem Schritt S20.
Im Schritt S13 wird die Dauer tL des Lastdrehmoments TL gemessen, gefolgt von einem Schritt S14, in welchem von der Drehmoment-Vergleichseinrichtung 903 entschieden wird, ob die Dauer tL größer ist als die Bezugszeit t0. Ist tL größer als t0, so geht die Verarbeitung zu einem Schritt S15 über, und andernfalls zum Schritt S20.
Im Schritt S15 vergleicht die Motordrehungsentscheidungs- Einrichtung 907 die Drehzahl NM (Umdrehung pro Minute) des Motors 13 mit einer vorbestimmten Bezugsfahrzeuggeschwindigkeit N0. Mit anderen Worten wird entschieden, ob die Drehzahl NM größer als eine Motorstoppentscheidungs-Bezugsdrehzahl (Umdrehungen pro Minute) N0 ist, oder - mit anderen Worten - ob sich der Motor 13 dreht oder nicht.
Wenn der Vergleich dazu führt, daß die Drehzahl NM größer ist als N0, was eine Drehung des Motors 13 anzeigt, so geht die Verarbeitung zum Schritt S20 über, da der Vergleich kein Auftreten eines nicht normalen Zustands in dem Motor 13 zeigt. Im Schritt S20 wird der Motor 13 mit elektrischer Energie versorgt oder angetrieben durch die Motorstörungs- Überwachungs/Steuereinrichtung 904, über die Stromberechnungs/Treibereinrichtung 91. Daraufhin wird in einem Schritt S21 die elektromagnetische Kupplung 14 über die Kupplungstreiberschaltung 92A mit elektrischer Energie versorgt. Die Verarbeitung kehrt dann zum Startschritt zurück, der mit "START" bezeichnet ist.
Wenn im Gegensatz hierzu im Schritt S15 entschieden wird, daß NM ≦ N0 ist, was anzeigt, daß sich der Motor 13 nicht dreht, so geht die Verarbeitung zu einem Schritt S16 über, um die Energieversorgung des Motors 13 zu unterbrechen, worauf ein Schritt S17 ausgeführt wird.
In dem Schritt S17 wird von der Kupplungsteuereinrichtung 92B entschieden, ob das Lenkdrehmoment T, welches von dem Lenkdrehmomentsensor 3 erfaßt wird, einen vorbestimmten Drehmomentbegrenzungs-Triggerwert T1 (beispielsweise 50 kg . cm) überschreitet oder nicht.
Wenn das Lenkdrehmoment T größer ist als der vorbestimmte Drehmomentbegrenzungs-Triggerwert T1, so wird das Tastverhältnis des PWM-Signals zum Steuern der elektromagnetischen Kupplung 14 verringert, um hierdurch den Kupplungsstrom zu verringern, wodurch die Kupplungskraft der elektromagnetischen Kupplung 14 entsprechend verringert wird. Andererseits wird, falls nicht das Lenkdrehmoment T größer ist als der vorbestimmte Drehmomentbegrenzungs-Triggerwert T1, das voranstehend erwähnte Tastverhältnis erhöht, damit der Kupplungsstrom und daher die Kupplungskraft der elektromagnetischen Kupplung 14 entsprechend ansteigen können.
Auf diese Weise wird die Kupplungssteuereinrichtung 92B kontinuierlich von dem Einschaltzustand bis zum Ausschaltzustand gesteuert (und nicht diskontinuierlich), in Abhängigkeit von dem Lenkdrehmoment T, so daß das Lenkdrehmoment T nicht den vorbestimmten Drehmomentbegrenzungs-Triggerwert T1 überschreitet, wodurch mit anderen Worten die Kupplungskraft der elektromagnetischen Kupplung 14 im wesentlichen so gesteuert werden kann, daß sich diese in einem halb gekuppelten Zustand befindet. Mit anderen Worten wird eine übermäßige Verringerung der Kupplungskraft der elektromagnetischen Kupplung 14 verhindert, wodurch die beim System nach dem Stand der Technik bestehenden Probleme ausgeschaltet werden können, nämlich die Erzeugung von Kupplungsbetätigungs-Geräuschen, eine Verringerung der Lebensdauer, und ein auf den Fahrer ausgeübter Ruck.
In diesem Zusammenhang soll nicht unerwähnt bleiben, daß falls gewünscht die voranstehend angegebenen Schritte S14 und S15 auch entfallen können.
Wenn die elektromagnetische Kupplung 14 durch eine elektromagnetische Trockenscheibenkupplung gebildet wird, die einen Kupplungsspalt von im wesentlichen Null aufweist, so bleibt die elektromagnetische Kupplung 14 in dem halbgekuppelten Zustand, selbst wenn die Kupplungssteuereinrichtung 92B ausgeschaltet wird, wodurch die beim System nach dem Stand der Technik auftretenden Schwierigkeiten, wie etwa die Erzeugung von Geräuschen usw., zufriedenstellend ausgeschaltet werden können. In diesem Fall kann die Kupplungsenergie-Versorgungssteuerung einfach im Schritt S17 unterbrochen werden.
Es wurde angenommen, daß der Vergleich der Drehzahl NM mit der Motorstoppentscheidungs-Bezugsdrehzahl (Umdrehungen pro Minute) N0 im Schritt S15 jedesmal dann durchgeführt wird, wenn die voranstehend geschilderte Verarbeitungsroutine ausgeführt wird. Allerdings kann auch eine solche Anordnung getroffen werden, daß sobald dann, sobald entschieden wurde, daß sich der Motor 13 dreht, diese Entscheidung über einen vorbestimmten Zeitraum unter Verwendung eines Zeitgebers gültig gelassen wird, wodurch ein ungewünschter Nachlaufeffekt vermieden werden kann.
Zahlreiche Modifikationen und Abänderungen der vorliegenden Erfindung sind angesichts der voranstehend geschilderten Lehre möglich. Es wird daher darauf hingewiesen, daß die Erfindung anders als spezifisch beschrieben ausgeführt werden kann, innerhalb des Wesens und des Umfangs der vorliegenden Erfindung, die sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldungsunterlagen ergeben und von den beigefügten Patentansprüchen umfaßt sein sollen.

Claims (9)

1. Vorrichtung (9A) zum Steuern eines motorgetriebenen Servolenksystems für ein Kraftfahrzeug, umfassend:
eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Detektoreinrichtung (10) zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit (V),
eine Lenkdrehmoment-Detektoreinrichtung (3) zur, Erfassung eines an einem Lenkmechanismus des Kraftfahrzeugs anliegenden Lenkdrehmoments (T),
einen Elektromotor (13), der an den Lenkmechanismus mittels einer Kupplungseinrichtung (14) gekuppelt ist, welche von einer Kupplungssteuereinrichtung (92A; 92B) gesteuert wird, wobei in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit (V) ein Hilfsdrehmoment an den Lenkmechanismus durch Antrieb des Elektromotors (13) angelegt wird, und
eine Motorstörungsüberwachungs/Steuereinrichtung (904),
dadurch gekennzeichnet,
eine erste Berechnungseinrichtung (901) zur Berechnung eines Drehmomentwerts (T0) vorgesehen ist, welcher ein Entscheidungsbezugswert zur Feststellung eines nicht normalen Drehmoments ist, und welcher von der erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeit (V) abhängt,
eine zweite Berechnungseinrichtung (902) zur Berechnung eines Lastdrehmoments (TL) auf der Grundlage zumindest des erfaßten Lenkdrehmoments (T) vorgesehen ist,
eine Drehmoment-Vergleichseinrichtung (903) zum Vergleichen des berechneten Lastdrehmoments (TL) mit dem berechneten Entscheidungsbezugswert (T0) vorgesehen ist, und
die Motorstörungsüberwachungs/Steuereinrichtung (904) angeordnet ist zum Anhalten des Betriebs des Elektromotors (13), wenn das Lastdrehmoment (TL) den Entscheidungsbezugswert (T0) für das nicht normale Drehmoment überschreitet, während die Kupplungskraft der Kupplung (14) durch die Kupplungssteuereinrichtung (92A; 92B) verringert wird.
2. Vorrichtung (9A) zum Steuern eines motorgetriebenen Servolenksystems für ein Kraftfahrzeug, umfassend:
eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Detektoreinrichtung (10) zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit (V),
eine Lenkdrehmoment-Detektoreinrichtung (3) zur Erfassung eines an einem Lenkmechanismus des Kraftfahrzeugs anliegenden Lenkdrehmoments (T),
einen Elektromotor (13), der an den Lenkmechanismus mittels einer Kupplungseinrichtung (14) gekuppelt ist, welche von einer Kupplungssteuereinrichtung (92A; 92B) gesteuert wird, wobei in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit (V) ein Hilfsdrehmoment an den Lenkmechanismus durch Antrieb des Elektromotors (13) angelegt wird, und
eine Motorstörungsüberwachungs/Steuereinrichtung (904)
dadurch gekennzeichnet, daß
eine erste Berechnungseinrichtung (901) vorgesehen ist zur Berechnung eines Drehmomentwerts (T0), welcher ein Entscheidungsbezugswert zur Feststellung eines nicht normalen Drehmoments ist, und welcher von der erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeit (U) abhängt,
eine zweite Berechnungseinrichtung (902) zur Berechnung eines Lastdrehmoments (TL) auf der Grundlage zumindest des erfaßten Lenkdrehmoments (T) vorgesehen ist,
eine Drehmoment-Vergleichseinrichtung (903) zum Vergleichen des berechneten Lastdrehmoments (TL) mit dem berechneten Entscheidungsbezugswert (T0) vorgesehen ist, und
die Motorstörungsüberwachungs/Steuereinrichtung (904) angeordnet ist zum Anhalten des Betriebs des Elektromotors (13), wenn das Lastdrehmoment (TL) den Entscheidungsbezugswert (T0) für das nicht normale Drehmoment überschreitet, während die Kupplungskraft der Kupplung (14) durch die Kupplungssteuereinrichtung (92A; 92B) so gesteuert wird, daß der erfaßte Lenkdrehmomentwert (T) einen vorbestimmten Wert (T1) nicht überschreitet.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Motordrehungs-Entscheidungseinrichtung (907) vorgesehen ist, welche angeordnet ist zu entscheiden, ob sich der Elektromotor (13) dreht oder nicht, und dann, wenn die Motordrehungs-Entscheidungseinrichtung (907) entscheidet, daß sich der Elektromotor (13) dreht, den Betrieb der Motorstörungsüberwachungs/Steuereinrichtung (904) zu sperren.
4. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Motorspannungs-Detektoreinrichtung (905) zur Erfassung einer an den Elektromotor (13) angelegten Spannung vorgesehen ist,
eine Motorstrom-Detektoreinrichtung (93A; 93B) zur Erfassung eines durch den Elektromotor (13) fließenden Motorstroms (I), und
eine Motordrehungs-Entscheidungseinrichtung (907) zur Abschätzung der Drehzahl (NM) des Elektromotors (13) auf der Grundlage der Motorspannung und des Motorstroms (I), welche angeordnet ist zu entscheiden, ob sich der Elektromotor (13) dreht oder nicht, und den Betrieb der Motorstörungsüberwachungs/Steuereinrichtung (904) zu sperren, wenn die Motordrehungs-Entscheidungseinrichtung (907) entscheidet, daß sich der Elektromotor (13) dreht.
5. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin
eine Motorregenerierspannungs-Detektoreinrichtung (906; 906A) zur Erfassung einer von dem Elektromotor (13) erzeugten Spannung vorgesehen ist, sowie
eine Motordrehungs-Entscheidungseinrichtung (907), zur Entscheidung auf der Grundlage dieser Spannung, ob sich der Elektromotor (13) dreht oder nicht, und zum Sperren des Betriebs der Motorstörungsüberwachungs/Steuer­ einrichtung (904), wenn die Motordrehungs- Entscheidungseinrichtung (907) entscheidet, daß sich der Elektromotor (13) dreht.
6. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Motordrehungs-Entscheidungseinrichtung (907) vorgesehen ist, welche angeordnet ist zu entscheiden, ob sich der Elektromotor (13) dreht oder nicht, wobei für einen vorbestimmten Zeitraum seit dem Zeitpunkt, an welchem die Motordrehungs-Entscheidungseinrichtung (907) entschieden hat, daß sich der Elektromotor (13) drehte, der Betrieb der Motorstörungsüberwachungs/Steuereinrichtung (904) gesperrt wird.
7. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung (14) durch eine elektromagnetische Scheibenkupplung gebildet wird, die einen Kupplungsspalt von im wesentlichen Null aufweist.
8. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Berechnungseinrichtung (902) den Lastdrehmomentwert (TL) auch auf der Grundlage des von dem Elektromotor (13) erzeugten Hilfsdrehmoments berechnet.
9. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Berechnungseinrichtung (901) zur Berechnung einer von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen Bezugszeit (t0) ausgelegt ist, und
die Motorstörungsüberwachungs/Steuereinrichtung (904) ausgelegt ist, den Betrieb des Elektromotors (13) nur dann anzuhalten, wenn die Dauer des Lastdrehmoments (TL) größer als die Bezugszeit (t0) ist.
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