DE602004002790T2

DE602004002790T2 - Elektrische Servolenkung

Info

Publication number: DE602004002790T2
Application number: DE602004002790T
Authority: DE
Inventors: Atsuhisa Asada
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: EP1462340A1; US20040188172A1; JP3891288B2; JP2004291923A; EP1462340B1; DE602004002790D1; US6929089B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisch betriebenes Lenkgerät, welches seinen Lenkmechanismus durch einen Motor mit einer Unterstützungskraft versieht, und insbesondere auf ein elektrisch betriebenes Lenkgerät, das in der Lage ist, unter Verwendung eines Drehwinkelsensors einen Lenkwinkel zu erfassen.
2. Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
Ein herkömmliches elektrisch betriebenes Lenkgerät, welches eine Lenkkraft eines Lenkrads reduziert, indem der an einer Lenkwelle angeschlossene Lenkmechanismus mittels eines Motors mit einer Unterstützungskraft versehen wird, ist wohl bekannt. Da in einem solchen elektrisch betriebenen Lenkgerät das Lenkrad innerhalb einer endlichen Umdrehungsanzahl von mehr als einer Umdrehung in der rechten oder linken Richtung gedreht wird, wird als eine absolute Stellung durch einen Sensor erkannt, bei welchem Grad sich das Lenkrad in der rechten oder linken Richtung von einer neutralen Stellung des Lenkrads befindet, die in einen Zustand bestimmt wird, in dem das Fahrzeug gerade fährt. Falls diese absolute Stellung durch den an dem Lenkrad vorgesehenen Drehwinkelsensor verwendet wird, wenn zum Beispiel ein Halbdrehungszustand (180°) erfasst ist, ist es unmöglich zu bestimmen, ob das Lenkrad um eine halbe Drehung zu der rechten Seite (+180°) von der neutralen Stellung gedreht wurde oder ob es eineinhalb Umdrehungen zu der rechten Seite (+540°) gedreht wurde oder ob es eine halbe Umdrehung zu der linken Seite (–180°) gedreht wurde oder ob es um eineinhalb Umdrehungen zu der linken Seite (–540°) gedreht wurde. Somit wird die absolute Position bestimmt, indem die Umdrehungsanzahl des Lenkrads jedes Mal dann, wenn das Lenkrad um eine einzige Umdrehung gedreht wurde, inkrementiert (+360°, wenn es um eine einzige Drehung nach rechts gedreht wurde) oder dekrementiert (–360°, wenn es um eine einzige Drehung nach links gedreht wurde) wird.
Zum Zeitpunkt des Einschaltens der Zündung ist das vorstehend beschriebene Verfahren nicht in der Lage, die absolute Position zu erfassen, da die Umdrehungsanzahl des Lenkrads nicht klar ist. In diesem Fall wird die absolute Position erfasst, indem eine Vielzahl von Drehwinkelsensoren verwendet wird, wie es in der Patentdruckschrift 1 offenbart ist. Das heißt, es wird berücksichtigt, dass der Motor zum Erzeugen der Unterstützungskraft einen Drehmelder (Drehwinkelsensor) als ein Mittel zum Erfassen einer Motordrehposition verwendet, während ein anderer Drehmelder als ein Mittel ebenso zum Erfassen des Lenkdrehmoments des Lenkrads verwendet wird, und dann kann die absolute Position des Lenkrads erfasst werden, indem die von der Vielzahl von Drehmeldern ausgegebenen und eine Proportionalität zu dem Drehwinkel aufweisenden Signale verrechnet werden. Diese Berechnung der absoluten Position durch arithmetische Verarbeitung wird zum Zeitpunkt der eingeschalteten Zündung und danach ausgeführt, die absolute Position wird mit dem Drehwinkelsensor erhalten, der die Umdrehungsanzahl dann inkrementiert oder dekrementiert, wenn das Lenkrad um eine einzige Umdrehung gedreht wird.
JP 2003-75109 A offenbart ein bekanntes Lenkgerät.
Falls jedoch der Drehwinkelsensor zum Erhalten der absoluten Position (des Lenkwinkels) eine Betriebsunterbrechung aufweist, wird nicht nur die Lenkunterstützung durch den Motor gestoppt, sondern es wird auch die Erfassung des Lenkwinkels unmittelbar unmöglich, so dass beispielsweise eine Fahrzeugstabilitätssteuerung (VSC), die unter Verwendung des Lenkwinkels erreicht wird, ebenso inaktiv gemacht wird.
Die Druckschrift EP-A-1 291 264 offenbart ein Lenkgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde getätigt, um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen, und daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrisch betriebenes Lenkgerät zu schaffen, das in der Lage ist, fortwährend den Lenkwinkel selbst dann zu erfassen, wenn irgend ein Drehwinkelsensor betriebsunterbrochen ist. Eine Lösung dieses Problems wird in dem kennzeichnenden Teil des vorliegenden Anspruchs gefunden.
Ein elektrisch betriebenes Lenkgerät gemäß der vorliegenden Erfindung weist folgendes auf: ein Lenkrad; einen ersten Drehwinkelsensor zum Erfassen eines Drehwinkels der an dem Lenkrad angeschlossenen Lenkwelle; einen zweiten Drehwinkelsensor zum Bestimmen eines Unterstützungsbetrags; einen Motor zum Unterstützen des Lenkbetriebs durch einen Lenkmechanismus, der an der Lenkwelle angeschlossen ist; und einen dritten Drehwinkelsensor zum Erfassen des Drehwinkels des Motors, wobei gemäß jedem der von zumindest zwei des ersten Drehwinkelsensors, des zweiten Drehwinkelsensors und des dritten Drehwinkelsensors erfassten Drehwinkeln ein Lenkwinkel ermittelt wird, und auf Grundlage der durch den ersten Drehwinkelsensor, den zweiten Drehwinkelsensor und den dritten Drehwinkelsensor erfassten Drehwinkeln eine Majoritätsoperation bzw. Majoritätsfunktion ausgeführt wird und auf Grundlage des Ergebnisses der Majoritätsoperation einer der ermittelten Denkwinkeln ausgewählt wird.
Da in dem elektrisch betriebenen Lenkgerät gemäß einem ersten Gesichtspunkt jeder Lenkwinkel unter Verwendung einer Vielzahl von Drehwinkelsensoren ermittelt wird, kann die Erfassung des Lenkwinkels selbst dann fortgeführt werden, wenn der Betrieb irgendeines der Drehwinkelsensoren unterbrochen ist. Durch Beibehalten der Funktionen des ABS, VSC und dergleichen, kann die Sicherheit beim Fahren erhöht werden. Ferner wird die Majoritätsoperation auf Grundlage des durch die drei Drehwinkelsensoren und den Lenkwinkel erfassten Drehwinkels ausgeführt, und der Lenkwinkel wird auf Grundlage des Ergebnisses der Majoritätsoperation ausgewählt, wodurch die Zuverlässigkeit des Lenkwinkels erhöht werden kann.
Ein elektrisch betriebenes Lenkgerät gemäß dem ersten Gesichtspunkt weist folgendes auf: ein Lenkrad; einen ersten Drehwinkelsensor zum Erfassen des Drehwinkels der an dem Lenkrad angeschlossenen Lenkwelle; einen zweiten Drehwinkelsensor zum Erfassen des Drehwinkels der Lenkwelle durch ein elastisches Element; einen Motor zum Unterstützen des Lenkens durch den an der Lenkwelle angeschlossenen Lenkmechanismus; und einen dritten Drehwinkelsensor zum Erfassen des Drehwinkels des Motors, um den Motor zu steuern, indem ein Unterstützungsbetrag aus einer Differenz zwischen dem durch den ersten Drehwinkelsensor erfassten Drehwinkel und dem durch den zweiten Drehwinkelsensor erfassten Drehwinkel bestimmt wird, wobei jeder Lenkwinkel aus den durch den ersten Drehwinkelsensor, den zweiten Drehwinkelsensor und den dritten Drehwinkelsensor erfassten Drehwinkeln ermittelt wird und wobei auf Grundlage des durch den ersten Drehwinkelsensor, den zweiten Drehwinkelsensor und den dritten Drehwinkelsensor ermittelten Drehwinkeln eine Majoritätsoperation ausgeübt wird und irgendeiner der Lenkwinkel als ein Ergebnis der Majoritätsoperation ausgewählt wird.
Da in dem elektrisch betriebenen Lenkgerät gemäß einem zweiten Gesichtspunkt jeder Lenkwinkel unter Verwendung von drei Drehwinkelsensoren ermittelt wird, kann die Erfassung des Lenkwinkels selbst dann fortgeführt werden, wenn der Betrieb eines der Drehwinkelsensoren unterbrochen ist. Durch Beibehalten der Funktionen des ABS, VSC und dergleichen kann die Sicherheit beim Fahren erhöht werden. Da ferner die Majoritätsoperation auf Grundlage des durch die drei Drehwinkelsensor erfassten Lenkwinkels ausgeführt wird und der Lenkwinkel als ein Ergebnis der Majoritätsoperation ausgewählt wird, kann immer bestimmt werden, ob die Funktion des Drehwinkelsensors geeignet ist oder nicht, wodurch die Zuverlässigkeit des Lenkwinkels erhöht werden kann.
Ein elektrisch betriebenes Lenkgerät gemäß dem zweiten Gesichtspunkt weist folgendes auf: ein Lenkrad; einen ersten Drehwinkelsensor zum Erfassen des Drehwinkels einer an dem Lenkrad angeschlossenen Lenkwelle; einen zweiten Drehwinkelsensor zum Erfassen des Drehwinkels des Lenkrads durch ein elastisches Element; einen Motor zum Unterstützen des Lenkens durch den an der Lenkwelle angeschlossenen Lenkmechanismus; und einen dritten Drehwinkelsensor zum Erfassen des Drehwinkels des Motors, um den Motor durch Bestimmen eines Unterstützungsbetrags aus einer Differenz zwischen dem durch den ersten Drehwinkelsensor erfassten Drehwinkel und dem durch den zweiten Drehwinkelsensor erfassten Drehwinkel zu steuern, wobei ein Lenkwinkel aus dem Drehwinkel, der durch den ersten Drehwinkelsensor und den zweiten Drehwinkelsensor erfasst wird, und eine gezählte Umdrehungsanzahl des Lenkrads ermittelt wird, während ein Lenkwinkel aus dem Drehwinkel ermittelt wird, der durch den dritten Drehwinkelsensor und eine gezählte Umdrehungsanzahl des Motors erfasst wird; wobei die Majoritätsoperation auf Grundlage des durch den ersten Drehwinkelsensor, den zweiten Drehwinkelsensor und den dritten Drehwinkelsensor ermittelten Lenkwinkels ausgeübt wird, um zu bestimmen, ob der Drehwinkelsensor geeignet ist oder nicht, während einer der Lenkwinkel als ein Ergebnis der Majoritätsoperation ausgewählt wird; und ein Lenkwinkel aus dem durch den Drehwinkelsensor erfassten Drehwinkel und der Umdrehungsanzahl ermittelt wird, die dem Lenkwinkel entspricht, der als das Ergebnis der Majoritätsoperation für den als ungeeignet bestimmten Drehsensor ausgewählt wurde.
Bei dem elektrisch betriebenen Lenkgerät gemäß der vorliegenden Erfindung wird jeder Lenkwinkel auf Grundlage des Drehwinkels und der Umdrehungsanzahl eines jeden des ersten Drehwinkelsensors, des zweiten Drehwinkelsensors und des dritten Drehwinkelsensors ermittelt und dann wird irgendeiner der Lenkwinkel aus dem Ergebnis der Majoritätsoperation auf Grundlage der ermittelten Lenkwinkel ausgewählt. Somit kann selbst dann, wenn der Betrieb irgendeines Drehwinkelsensors unterbrochen ist, die Erfassung des Lenkwinkels fortgeführt werden. Da ferner der Lenkwinkel aus den durch die drei Drehwinkelsensoren erfassten Lenkwinkeln durch die Majoritätsoperation ausgewählt wird, kann immer bestimmt werden, ob der Drehwinkelsensor geeignet ist oder nicht, wodurch die Zuverlässigkeit des Lenkwinkels erhöht wird. Zusätzlich wird für einen als ungeeignet bestimmten Drehwinkelsensor der Lenkwinkel unter Verwendung der Umdrehungsanzahl, die dem auf Grundlage des Ergebnisses der Majoritätsoperation ausgewählten Lenkwinkel entspricht, sowie dem durch den Drehwinkelsensor erfassten Drehwinkel erhalten. Somit kann selbst dann, wenn die temporär durch einen der Drehwinkelsensoren gezählte Umdrehungsanzahl infolge einer momentanen Panne wegen eines Kontaktfehlers oder dergleichen unklar wird, der Lenkwinkel kontinuierlich unter Verwendung einer Umdrehungsanzahl erhalten werden, die einem aus dem Ergebnis der Majoritätsoperation ausgewählten Lenkwinkel entspricht. Somit kann der Lenkwinkel auf geeignete Weise durch Wiederstarten des Zählens der Umdrehungsanzahl nach einer Wiederherstellung erhalten werden. Daher kann selbst dann, wenn der Betrieb eines der Drehwinkelsensoren momentan unterbrochen ist, ein Unterstützungsbetrag auf geeignete Weise bestimmt werden, falls der betriebsunterbrochene Drehwinkelsensor auf einen normalen Zustand wiederhergestellt wird, so dass eine Steuerung des Motors wiedergestartet werden kann. Da ferner die Majoritätsoperation unter Verwendung aller drei Drehwinkelsensoren ausgeübt werden kann, fällt die Zuverlässigkeit des Lenkwinkels niemals ab.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schaubild, das die Struktur des elektrisch betriebenen Lenkgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs innerhalb einer Ellipse, die durch eine strichpunktierte Linie II in 1 gezeigt ist;
3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs innerhalb einer Ellipse, die durch eine strichpunktierte Linie III in 1 gezeigt ist;
4 ist ein Blockdiagramm, das die Verbindungsstruktur der ECU und Drehmeldern zum Steuern des elektrisch betriebenen Lenkgeräts zeigt;
5 ist ein charakteristisches Schaubild, das Drehmelderausgabesignale durch den ersten Drehmelder und den zweiten Drehmelder bezüglich des Drehwinkels des Lenkrads und des mechanischen Winkels des Lenkrads zeigt;
6(A) ist ein Ablaufdiagramm, das die arithmetische Lenkwinkeloperationsverarbeitung zeigt, die durch die in 4 gezeigte CPU auszuführen ist; und 6(B) ist ein Ablaufdiagramm einer herkömmlichen Verarbeitung während einer in 6(A) gezeigten arithmetischen Lenkwinkeloperationsverarbeitung;
7 ist ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf der Absolutpositionserfassungsverarbeitung während der in 6(A) gezeigten arithmetischen Lenkwinkeloperationsverarbeitung zeigt;
8 ist ein Ablaufdiagramm, das die Subroutine der Nachführverarbeitung der Umdrehungsanzahl des elektrischen Winkels während der in 6(B) gezeigten herkömmlichen Verarbeitung zeigt;
9 ist ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf der arithmetischen Lenkwinkeloperationsverarbeitung während der in 6(B) gezeigten arithmetischen Lenkwinkeloperationsverarbeitung zeigt;
10 ist ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf der Nachführverarbeitung der Umdrehungsanzahl des elektrischen Winkels während der in 6(B) gezeigten arithmetischen Lenkwinkeloperationsverarbeitung zeigt.
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Im weiteren Verlauf wird das elektrisch betriebene Lenkwinkelgerät der vorliegenden Erfindung, sowie dessen Herstellungsverfahren und Herstellungsgerät unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf 1 bis 4 die Hauptstruktur des elektrisch betriebenen Lenkgeräts 20 beschrieben. Wie in 1 und 4 gezeigt ist, weist das elektrisch betriebene Lenkgerät 20 hauptsächlich ein Lenkrad 21, eine Lenkwelle 22, eine Ritzelwelle 23, eine Zahnstangenwelle 24, einen Drehmomentsensor 30, einen Motor 40, einen Motordrehmelder 44, einen Kugelschraubmechanismus 50, eine ECU 60 und dergleichen auf. Diese Struktur erfasst den Lenkzustand des Lenkrads 21 und unterstützt die Lenkbetätigung eines Fahrzeugfahrers, indem mit Hilfe des Motors 40 eine Unterstützungskraft erzeugt wird, die diesem Lenkzustand entspricht. Währenddessen sind (nicht gezeigte) Fahrzeugräder an beiden Enden mittels einer Zugstange oder dergleichen an der Ritzelwelle 24 angeschlossen.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, ist das Lenkrad 21 an einem Ende der Lenkwelle 22 angeschlossen und das andere Ende dieser Lenkwelle 22 ist an einer in einem Ritzelgehäuse 22 aufgenommenen Eingangswelle 23a des Drehmomentsensors 30 und durch jeden Stift 32 an der Torsionsstange 31 angeschlossen. Ferner ist die Ausgangswelle 23b des Ritzels 23 durch eine Keilverzahnung an dem anderen Ende 31a der Torsionsstange 31 angeschlossen.
Die Eingangswelle 23a von dieser Ritzelwelle 23 ist durch ein Lager 33a drehbar gestützt und deren Ausgabewelle 23b ist in dem Ritzelgehäuse 25 drehbar gestützt. Zwischen der Einganswelle 23a und dem Ritzelgehäuse 25 ist ein erster Drehmelder 35 vorgesehen und zwischen der Ausgangswelle 23b und dem Ritzelgehäuse 25 ist ein zweiter Drehmelder 37 vorgesehen. Der erste Drehmelder 35 und der zweite Drehmelder 37 sind in der Lage, einen Lenkwinkel durch das Lenkrad 21 zu erfassen und sie sind elektrisch über einen Anschluss 39 an der ECU 60 angeschlossen (siehe 2 und 4).
An einem Endabschnitt der Ausgabewelle 23b der Ritzelwelle 23 ist ein Ritzelzahnrad 23c ausgebildet und eine Zahnstangennut 24a in der Zahnstangenwelle 24 ist mit diesem Ritzelzahnrad 23c in Eingriff. Folglich ist ein Zahnstangen- und Ritzelmechanismus konstruiert.
Mit einer solchen Struktur können die Lenkwelle 22 und die Ritzelwelle 23 so miteinander verbunden sein, dass sie sich über die Torsionsstange 31 mit Bezug aufeinander drehen können und der Drehwinkel der Lenkwelle 22, d.h., der Drehwinkel (mechanische Winkel) θTm des Lenkrads 21 kann auf Grundlage eines ersten Lenkwinkels (elektrischen Winkels) θT1e durch den ersten Drehmelder 35 und eines zweiten Lenkwinkels (elektrischen Winkels) θT2e durch den zweiten Drehmelder 37 erfasst werden. Zusätzlich kann der Torsionsbetrag (entsprechend dem Lenkdrehmoment) der Torsionsstange 31 aus einer Winkeldifferenz zwischen dem ersten Lenkwinkel θT1e und dem zweiten Lenkwinkel θT2e als ein Torsionswinkel erfasst werden.
Wie in 1 und 3 gezeigt ist, ist die Zahnstangenwelle 24 in dem Zahnstangengehäuse 26 und dem Motorgehäuse 27 aufgenommen. In ihrem mittleren Abschnitt ist spiralförmig eine Kugelschraubennut 24b ausgebildet. Um diese Kugelschraubennut 24b herum ist eine zylindrische Motorwelle 43 so ausgebildet, dass sie durch ein Lager 29 koaxial zu der Zahnstangenwelle 24 drehbar gestützt ist. Diese Motorwelle 43 bildet zusammen mit einem Stator 41, einer Erregerspule 42 und dergleichen den Motor 50. Ein durch die um den Stator 41 gewundene Erregerspule 42 erzeugtes Magnetfeld wirkt auf einen an der Außenumfangsfläche der Motorwelle 43, die einem Rotor entspricht, vorgesehenen Dauermagneten 45, so dass die Motorwelle 43 gedreht werden kann.
An dem Innenumfang der Motorwelle 43 ist eine Kugelschraubenmutter 52 installiert und in dieser Kugelschraubenmutter 52 ist ebenso eine Kugelschraubennut 52a ausgebildet. Folglich kann der Kugelschraubenmechanismus 50 konstruiert werden, der der Zahnstangenwelle 24 ermöglicht, durch eine Drehung der Motorwelle 43 bewegt zu werden, indem eine Vielzahl von Kugeln 54 zwischen der Kugelschraubennut 52a in dieser Kugelschraubenmutter 52 und der Kugelschraubennut 24b in der Ritzelwelle 24 in der Axialrichtung vorgesehen werden.
Das heißt, der aus den beiden Kugelschraubennuten 24b und 52a und dergleichen bestehende Kugelschraubenmechanismus 50 kann das Drehmoment von Drehungen in der normalen Richtung und der umgekehrten Richtung der Motorwelle 53 in eine Hin- und Herbewegung in der Axialrichtung der Zahnstangenwelle 24 umwandeln. Folglich wird diese Hin- und Herbewegung in eine Unterstützungskraft umgewandelt, die in der Lage ist, die Lenkkraft an dem Lenkrad 51 durch die Ritzelwelle 23 zu reduzieren, die den Zahnstangen- und Ritzelmechanismus zusammen mit der Zahnstangenwelle 24 bildet.
Ein Motordrehmelder 54, der in der Lage ist, einen Drehwinkel (elektrischen Winkel) θMe der Motorwelle 43 zu erfassen, ist zwischen der Motorwelle 43 des Motors 40 und dem Motorgehäuse 27 vorgesehen. Dieser Motordrehmelder 44 ist durch einen (nicht gezeigten) Anschluss elektrisch an der ECU 60 angeschlossen (siehe 4).
4 zeigt die Steuerkonfiguration des elektrisch betriebenen Lenkgeräts 20 gemäß dem ersten Gesichtspunkt. Falls die Ausgaben des ersten Drehmelders 35 und des zweiten Drehmelders 37 in die ECU 60 des elektrisch betriebenen Lenkgeräts 20 eingegeben sind, berechnet die ECU 60 ein Lenkdrehmoment T und gibt eine Unterstützungsanweisung zum Unterstützen der Lenkkraft, die dem Lenkdrehmoment T entspricht, zu der Seite der später beschriebenen Motortreiberschaltung 62 aus. Die Motortreiberschaltung 62 erzeugt in dem Motor 40 ein Drehmoment, das der Unterstützungsanweisung entspricht. Der Drehwinkel des Motors 40 wird durch den Motordrehmelder 44 erfasst und zu der Motortreiberschaltung 62 rückgekoppelt, während er zu der ECU 60 ausgegeben wird. Wie später beschrieben ist, berechnet die ECU 60 jeden Lenkwinkel auf Grundlage der Ausgaben von dem ersten Drehmelder 35, dem zweiten Drehmelder 37 und dem Motordrehmelder 44 und korrigiert die Unterstützungskraft für die vorstehend beschriebene Lenkkraft entsprechend des Lenkwinkels. Die ECU 60 des elektrisch betriebenen Lenkgeräts 20 gibt den berechneten Lenkwinkel für eine ABS-Steuerung zu der ECU 70 und für eine VSC-Steuerung zu der ECU 80 aus. Entsprechend dieses Lenkwinkels realisiert die ECU 70 für die ABS-Steuerung die ABS-Steuerung und die ECU 80 für die VSC-Steuerung realisiert die VSC-Steuerung.
Die Beziehungen zwischen der Drehung des Lenkrads 21 und den Ausgaben des ersten Drehmelders 35 und des zweiten Drehmelders 37 werden unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
Der von dem ersten Drehmelder 35 erhaltene elektrische Winkel θT1e hat fünf Scheitelpunkte pro einzelner Umdrehung (360°) des Lenkrads 21. Der Grund dafür ist, dass der erste Drehmelder 35 fünf Elektrodenpaare hat, das heißt, elektrisch fünf Paare von N-Elektroden und S-Elektroden, so dass er in der Lage ist, einen elektrischen Winkel auszugeben, der 360° × 5 = 1800° auf einen mechanischen Winkel von 360° entspricht. Das heißt, der erste Drehmelder 35 hat eine Auflösungskapazität, die fünfmal der eines Drehmelders entspricht, der einen elektrischen Winkel von 360° hat.
Ferner hat der elektrische Winkel θT2e des zweiten Drehmelders 37 sechs Scheitelpunkte pro einzelner Drehung (360°) des Lenkrads 21. Der Grund dafür ist der, dass der zweite Drehmelder 37 sechs Elektrodenpaare hat, das heißt, elektrisch sechs Paare der N-Elektroden und der S-Elektroden, so dass er in der Lage ist, einen elektrischen Winkel auszugeben, der 360° × 6 = 2160° auf eine mechanischen Winkel von 360° entspricht. Das heißt, der zweite Drehmelder 37 hat eine Auflösungskapazität, die sechsmal der eines Drehmelders entspricht, der einen elektrischen Winkel von 360° hat.
Der erste Drehmelder 35 gibt den elektrischen Winkel θT1e als ein Drehmelderausgabesignal aus und der zweite Drehmelder 37 gibt den elektrischen Winkel θT2e als ein Drehmelderausgabesignal aus. Jedoch erhalten die beiden Signalwellenformen nie den gleichen Wert zum gleichen Drehwinkel des Lenkrads 21, wie dies aus 5 ersichtlich ist. Somit kann eine hohe Auflösung eines mechanischen Winkels θTm bezüglich einer einzelnen Umdrehung des Lenkrads 21 erhalten werden, indem mittels der ECU 60 auf Grundlage des elektrischen Winkels θT1e des ersten Drehmelders 35 und des elektrischen Winkels θT2e des zweiten Drehmelders 37 eine arithmetische Operation durchgeführt wird.
Als Nächstes wird die Erfassung des Drehmoments auf Grundlage der von dem ersten und zweiten Drehmelder 35, 37 ausgegebenen Drehmeldersignalen beschrieben.
Falls das Lenkrad 21 durch einen Fahrzeugfahrer oder einen anderen Menschen gelenkt wird, so dass die Eingangswelle 23a der Ritzelwelle 23 bei einem Drehwinkel θ1 gedreht wird, werden von dem ersten Drehmelder 35 zwei Arten von alternierenden Strömen bzw. Wechselströmen E2, E3 ausgegeben, die jeweils eine unterschiedliche Phase haben, und diese erfüllen die Beziehung zwischen den nachstehenden Ausdrücken (1) und (2). E2 = K·E1·cosθ (1) E3 = K·E1·sinθ (2)wobei K ein Transformationsverhältnis ist.
Der Winkel θ kann aus den Ausdrücken (1), (2) berechnet werden und dieser Winkel θ ist ein Drehwinkel θ1 der Eingangswelle 23a der Ritzelwelle 23. Falls andererseits die Eingangswelle 23 gedreht wird, wird die Ausgabewelle 23b der Ritzelwelle 23 durch die Torsionsstange 31 gedreht. Somit kann der Drehwinkel θ2 der Ausgangswelle 23b auf Grundlage der vorstehend beschriebenen Ausdrücke (1), (2) von dem auf der Seite der Ausgangswelle 23b vorgesehenen zweiten Drehmelder 27 berechnet werden.
Wenn die Eingangswelle 23a und die Ausgangswelle 23b der Ritzelwelle 23 gedreht werden, wird zwischen der Eingangswelle 23a und der Ausgangswelle 23b infolge der Torsion der Torsionsstange 31 eine relative Drehwinkeldifferenz Δθ (= θ1 – θ2) erzeugt. Folglich kann aus der relativen Drehwinkeldifferenz Δθ, die ein Torsionswinkel dieser Torsionsstange 31 ist, und aus der Steifigkeit der Torsionsstange 31 ein Lenkdrehmoment T berechnet werden. Da die wohl bekannte Unterstützungssteuerung durch die ECU 60 ausgeführt wird, um die diesem Lenkdrehmoment T entsprechende Lenkkraft zu unterstützen, kann das Lenken durch einen Fahrzeugfahrer durch eine durch den Motor 40 erzeugte Lenkkraft unterstützt werden.
Die Erfassung des Drehwinkels (im Weiteren als ein „Motordrehwinkel" bezeichnet) der Motorwelle 43 auf Grundlage eines von dem Motordrehmelder 44 ausgegebenen Drehmeldersignals wird folgendermaßen beschrieben.
Falls auf den Motordrehmelder 44 eine Wechselspannung E1 aufgebracht wird, wenn die Motorwelle 43 um einen bestimmten Drehwinkel gedreht wird, werden der anliegenden Spannung und dem Drehwinkel entsprechende Wechselspannungen E2, E3 ausgegeben. Der Motordrehwinkel kann aus der anliegenden Wechselspannung E1 und den ausgegebenen Wechselspannungen E2, E3 entsprechend den Ausdrücken (1), (2) berechnet werden. Ein auf diese Art und Weise erfasster Motordrehwinkel wird für unterschiedliche Arten von Steuerungen für das elektrisch betriebene Lenkgerät 20 verwendet.
Die Erfassungsverarbeitung der absoluten Position des Lenkrads 21 in dem elektrisch betriebenen Lenkgerät 20 mit einer solchen Struktur wird unter Bezugnahme auf die in 6 bis 10 gezeigten Ablaufdiagramme beschrieben.
Wie unter Bezugnahme auf 4 beschrieben ist, sind der erste Drehmelder 35, der zweite Drehmelder 37 und der Motordrehmelder 34 elektrisch an der ECU 60 angeschlossen. Der erste und zweite Drehmelder 35, 37 sind in der Lage, die Lenkwinkel (elektrischen Winkel θT1e, θT2e) durch das Lenkrad 21 zu erfassen und der Motordrehmelder 44 ist zudem in der Lage, einen Motordrehwinkel (elektrischen Winkel θMe) des Motors 40 zu erfassen. Somit wird gemäß diesem Gesichtspunkt eine Verarbeitung zum Erfassen der absoluten Position des Lenkrads 21 auf Grundlage der elektrischen Winkel θT1e, θT2e, θMe der Drehmelderausgabesignale, die von diesen drei Drehmeldern ausgegeben werden (im Weiteren als eine Absolutpositionserfassungsverarbeitung bezeichnet) ausgeführt. Diese Absolutpositionserfassungsverarbeitung wird direkt nach dem Einschalten der Zündung und danach ausgeführt, wobei der Parameter A (im Weiteren lediglich als A bezeichnet) periodisch (beispielsweise alle 5 ms) durch einen Zeitunterbrecher und dergleichen auf Grundlage eines Parameters A (A = 1, 0, –1, –2) nachgeführt wird, der den Drehbereich des Lenkrads 21 anzeigt, der durch diese Absolutpositionserfassungsverarbeitung erhalten wird.
Die ECU 60 bestimmt, ob die Zündung eingeschaltet ist oder nicht (S90 in 6(A)). Wenn die Zündung ein ist (S90: JA), dann wird die Absolutpositionserfassungsverarbeitung ausgeführt, da die absolute Position des Lenkrads 21 nicht klar ist (S100). Bei der Absolutpositionserfassungsverarbeitung wird eine Verarbeitung zum Ermitteln der elektrischen Winkel θT1e, θT2e, θMe der jeweiligen Drehmelder in Schritt S101 nach einer vorbestimmten Initialisierungsverarbeitung ausgeführt, wie dies in 7 gezeigt ist, die die Subroutine dieser Verarbeitung angibt. Die elektrischen Winkel θT1e, θT2e, die dem Lenkwinkel des Lenkrads 21 entsprechen, werden durch die von dem ersten und zweiten Drehmelder 35, 37 ausgegebenen Drehmeldersignale ermittelt, während der dem Motordrehwinkel des Motors 40 entsprechende elektrische Winkel θMe durch ein von dem Motordrehmelder 44 ausgegebenes Drehmeldersignal ermittelt wird.
Auf Schritt 5103 folgend wird eine Verarbeitung zum Berechnen des mechanischen Winkels θTm des Lenkwinkels 21 aus den elektrischen Winkeln θT1e und θT2e ausgeführt. Das heißt, da gemäß diesem Gesichtspunkt der erste Drehmelder 35 und der zweite Drehmelder 37 auf fünf bzw. sechs Elektrodenpaaranzahlen eingestellt sind, kann der mechanische Winkel θTm des Lenkrads 21 auf Grundlage der elektrischen Winkel der beiden Drehmelder berechnet werden, die jeweils eine unterschiedliche Anzahl an Elektrodenpaaren haben. Bisher wurde diese Verarbeitung der arithmetischen Operation ausführlich in der angewendeten Beschreibung der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2002-196131 beschrieben, auf die sich nach Wunsch dieses Anmelders bezogen werden soll.
Im nächsten Schritt S105 wird eine Verarbeitung zum Berechnen eines arithmetischen, elektrischen Motorwinkels θMe (A) für jeden Drehbetrag (A = 1, 0, –1, –2) ausgeführt. Es wird angenommen, dass der Bereich einer einzelnen Umdrehung (0° < θ ≤ 360°) nach rechts des Lenkrads A = 0 bedeutet, der Bereich einer einzelnen Umdrehung (360° < θ ≤ 720°) weiter in der rechten Richtung A = 1 bedeutet, der Bereich einer einzelnen Umdrehung (0 ° > θ ≥ –360°) in der linken Richtung mit Bezug auf die neutrale Position A = –1 bedeutet und der Bereich einer einzelnen Umdrehung (–360° > θ ≥ –720°) weiter in der linken Richtung A = –2 bedeutet und es werden vier arithmetische, elektrische Motorwinkel θMe (1), θMe (0), θMe (–1), θMe (–2) entsprechend A = 1, 0, –1, –2 durch eine arithmetische Operation auf Grundlage eines nachstehenden Ausdrucks (3) berechnet. Das heißt, bei diesem Schritt S105 wird eine Verarbeitung zum Erhalten des arithmetischen, elektrischen Motorwinkels θMe (A) für die Gesamtumdrehungsanzahl des Lenkrads 21 ausgeführt (was gemäß diesem Gesichtspunkt vier Umdrehung des Lenkrads entspricht). θMe (A) = (θTm + 360 × A) × r (3)r muss ein arithmetischer Wert sein, der ein Produkt aus dem Untersetzungsgetriebeverhältnis des Kugelschraubmechanismus 50 und der Anzahl an Elektrodenpaaren in dem Motordrehmelder 44 und zumindest ein nicht-ganzzahliger Wert mit einer Zahl kleiner Null ist, wie sie später beschrieben ist. Da gemäß diesem Gesichtspunkt das Untersetzungsgetriebeverhältnis des Kugelschraubmechanismus 50 auf 8,2 eingestellt ist und die Anzahl der Elektrodenpaare in dem Motordrehmelder 44 auf 7 eingestellt ist, beträgt der arithmetische Wert 57,4 (= 8,2 × 7), so dass er 0,4 als die Zahl hinter dem Dezimalpunkt hat.
In Schritt S107 wird eine Verarbeitung zum Runden der vier arithmetischen, elektrischen Motorwinkeln θMe (A) auf einen vorbestimmten Bereich ausgeführt. Das heißt, es wird eine Verarbeitung zum Berechnen an θMe (A) – INT (θMe (A)/360) × 360 ausgeführt, so dass der arithmetische, elektrische Motorwinkel θMe (A), der in Schritt S105 berechnet wurde, in einen Bereich von 0° und mehr bis weniger als 360° fällt. Hier bedeutet INT () eine Funktion zum Abrunden einer Zahl in den Klammern auf einen nächsten ganzzahligen Wert. Beispielsweise ist INT (8, 9) = 8 und INT (–8, 9) = –9.
Falls beispielsweise der arithmetische, elektrische Motorwinkel θMe (–2) –80° beträgt, wird er umgewandelt und auf 280° (= –80° – (–360°)) abgerundet, falls der arithmetische, elektrische Motorwinkel θMe (1) 380° beträgt, dann 20° (= 380° – 1 × 360°), falls der arithmetische, elektrische Motorwinkel θMe (2) –400° beträgt, dann 320° (= –400° – (–720°)).
Auf Schritt S109 folgend wird eine Verarbeitung zum Auswählen eines Winkels durchgeführt, der von den vier arithmetischen, elektrischen Motorwinkeln θMe (A) am nächsten an dem gegenwärtigen elektrischen Motorwinkel θMe liegt (im weiteren Verlauf als tatsächlicher elektrischer Motorwinkel θMe bezeichnet, um ihn von dem arithmetischen, elektrischen Motorwinkel θMe (A) zu unterscheiden). Das heißt, da einer der vier arithmetischen, elektrischen Motorwinkel θMe (A), der der in Schritten S105, S109 ermittelten Gesamtumdrehungsanzahl des Lenkrads 21 entspricht, ein arithmetischer, elektrischer Motorwinkel θMe (in der Nähe) ist, der die absolute Position des Lenkrads 21 anzeigt, wird in Schritt S109 eine Verarbeitung zum Auswählen dieses (Werts) ausgeführt.
Obwohl die Verarbeitung von diesem Schritt S109 durch eine Verarbeitung zum Auswählen eines arithmetischen, elektrischen Motorwinkels θMe (A), der von allen den arithmetischen, elektrischen Motorwinkeln θMe (A), die in Schritten S105, S109 berechnet wurden, wie in der angemeldeten Beschreibung der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2002-196131 durch diesen Erfinder beschrieben ist, am nächsten an einem ganzzahligen Wert liegt, wird gemäß diesem Gesichtspunkt eine Verarbeitung zum Auswählen eines elektrischen Winkels ausgeführt, der am nächsten an dem tatsächlichen elektrischen Motorwinkel θMe liegt, der durch den Motordrehmelder 44 erfasst wurde. Als ein Ergebnis wird eine Differenz zwischen dem in Schritt S109 erhaltenen tatsächlichen elektrischen Motorwinkel θMe und allen den arithmetischen elektrischen Motorwinkeln θMe (A) berechnet und der elektrische Winkel θ, der die kleinste Differenz hat, wird als der arithmetische, elektrische Motorwinkel θMe (in der Nähe) ausgewählt. Somit kann der Algorithmus von Schritt S109 verglichen zu der Verarbeitung vereinfacht werden, bei der ein zum ganzzahligen Wert am nächsten liegender Wert ausgewählt wird.
In Schritt S111 wird eine Verarbeitung ausgeführt, um zu bestimmen, ob der arithmetische, elektrische Motorwinkel θMe (in der Nähe), der in Schritt S109 ausgewählt wurde, tatsächlich geeignet ist oder nicht. Falls eine Differenz zwischen dem arithmetischen, elektrischen Motorwinkel θMe (in der Nähe) und dem tatsächlichen elektrischen Motorwinkel θMe größer als ein vorbestimmter Grenzwert (beispielsweise 10°) ist, obwohl der arithmetische elektrische Motorwinkel θMe (in der Nähe) als der zum tatsächlichen elektrischen Motorwinkels θMe nächste Wert ausgewählt wurde, der durch den Motordrehmelder 44 erfasst wurde, ist eine Wahrscheinlichkeit hoch, dass ein Abmessungsfehler von mechanischen Teilen, die die Ritzelwelle 23, die Zahnstangenwelle 24, den Kugelschraubmechanismus 50 und dergleichen bilden, infolge einer Abnutzung oder einer Abmessungsungenauigkeit oder eines Temperatureigenschaftsfehlers eines halbleitenden elektronischen Teils, etwa eines Operationsverstärkers zum Verarbeiten der Drehmeldersignale, seinen zulässigen Wert überschreitet. Daher wird in einem solchen Fall eine Abfolge der Absolutpositionserfassungsverarbeitung auf anormale Weise abgebrochen, um dadurch zu bemerken, dass eine Anormalität (ein Fehler) eingetreten ist.
Falls andererseits die Differenz zwischen dem arithmetischen, elektrischen Motorwinkel θMe (in der Nähe) und dem tatsächlichen elektrischen Motorwinkel θMe kleiner als der vorbestimmte Grenzwert ist, wird keine besondere Anormalität in den mechanischen Teilen, die die Ritzelwelle 23, die Zahnstangenwelle 24, den Kugelschraubmechanismus 50 und dergleichen bilden, oder in den Halbleiterelektroteilen, etwa den Operationsverstärker zur Verarbeitung der Drehmeldersignale bemerkt und die Verarbeitung schreitet zu Schritt S113 vor, in dem eine Verarbeitung zum Berechnen eines absoluten Lenkwinkels θAm ausgeführt wird.
In Schritt S113 wird der absolute Lenkwinkel θAm berechnet, indem A (A ist gemäß diesem Gesichtspunkt einer der Werte von 0, 1, –1, –2) des arithmetischen, elektrischen Motorwinkels θMe (in der Nähe), der in Schritt S109 ausgewählt wurde, in einem nachstehenden Ausdruck (4) substituiert wird und indem auf Grundlage des mechanischen Winkels θTm des Lenkrads 21, der in Schritt S103 berechnet wurde, eine arithmetische Operation ausgeführt wird. Folglich wird die absolute Position des Lenkwinkels 21 erfasst und dann wird normalerweise ein Ablauf der Absalutpositionserfassungsverarbeitung (S100) beendet. θAm = θTm + 360 × A (4)
Nachdem der absolute Lenkwinkel (mechanischer Winkel) θAm durch die vorstehend beschriebene Absolutpositionserfassungsverarbeitung (S100) erhalten wurde, werden die Umdrehungsanzahl Nt1 des elektrischen Winkels des ersten Drehmelders, die Umdrehungsanzahl Nt2 des elektrischen Winkels des zweiten Drehmelders und die Umdrehungsanzahl Nm des elektrischen Winkels des Motordrehmelders aus dem absoluten Lenkwinkel (mechanischen Winkel) θAm gemäß den Ausdrücken in der Figur ermittelt, wobei P1: axialer Doppelwinkel des ersten Drehmelders (= 5), P2: axialer Doppelwinkel des zweiten Drehmelders (= 6), Pm: axialer Doppelwinkel des Motordrehmelders (= 7), Mrev: Motorumdrehungsanzahl, wenn der Griff bzw. das Lenkrad um eine einzige Drehung gedreht ist.
In Schritt S130 wird ein vorangehender Wert (ein Historienspeicher θT1eo des elektrischen Winkels des ersten Drehmelders) als der elektrische Winkel θT1e des ersten Drehmelders gespeichert, ein vorangehender Wert (ein Historienspeicher θT2eo des elektrischen Winkels des zweiten Drehmelders) wird als der elektrische Winkel θT2e des zweiten Drehmelders gespeichert und ein vorangehender Wert (Historienspeicher θMeo des elektrischen Winkels des Motordrehmelders) wird als der elektrische Winkel θMe des Motordrehmelders gespeichert und dann wird eine Verarbeitung zum Aufstellen des Anfangswerts zum Zeitpunkt der eingeschalteten Zündung (S90: JA) beendet.
Eine normale Verarbeitung (S140) wird periodisch (beispielsweise alle 10 ms) ausgeführt, nachdem die Zündung eingeschaltet wurde (S90: NEIN). Wie in 6(B) gezeigt ist, werden die Umdrehungsanzahlen der elektrischen Winkel (0 bis 360°) des ersten Drehmelders 35, des zweiten Drehmelders 37 und des Motordrehmelders 44 nachgeführt, indem sie inkrementiert oder dekrementiert werden (S200). Die Lenkwinkel werden aus den Umdrehungsanzahlen der elektrischen Winkel des ersten Drehmelders 35, des zweiten Drehmelders 37 und des Motordrehmelders 44 berechnet und dann wird durch die Majoritätsoperation an den berechneten Lenkwinkeln eine Betriebsunterbrechung in dem Drehwinkelsensor erfasst (S300). Die Umdrehungsanzahl des elektrische Winkels wird auf Grundlage des durch diese Majoritätsoperation erfassten Lenkwinkels an dem betriebsunterbrochenen Drehsensor nachgeführt (S400).
Die Verarbeitung (5200) zum Nachführen der Umdrehungsanzahlen der elektrischen Winkel des ersten Drehmelders 35, des zweiten Drehmelders 37 und des Motordrehmelders 44 werden unter Bezugnahme auf 8 beschrieben, die deren Subroutine zeigt.
Ob oder ob nicht der elektrische Winkel des ersten Drehmelders 35 um eine einzige Umdrehung in der rechten Richtung (bezüglich der Drehrichtung des Lenkrads auf die rechte Seite) gedreht wurde, wird in Abhängigkeit davon bestimmt, ob der Historienspeicher θT1eo des elektrischen Winkels des ersten Drehmelders 35 abzüglich des elektrischen Winkels θT1e des ersten Drehmelders größer als 180 ist oder nicht (S202). Falls beispielsweise der vorangehende elektrische Winkel 356° beträgt und der gegenwärtige elektrische Winkel 2° beträgt, kommt dabei 356 – 2 = 354 heraus, was größer als 180 ist, und daher wird bestimmt, dass der elektrische Winkel um eine einzige Umdrehung in der rechten Richtung gedreht ist. 180° wird als ein Grenzwert gesetzt, da der elektrische Winkel in der Zeiteinheit (10 ms) nicht so weit wie 180° gedreht wird. Falls ein Ergebnis dieser Subtraktion größer als 180 ist (S202: JA), wird in S203 der Wert 1 auf die Umdrehungsanzahl Nt1 des elektrischen Winkels des ersten Drehmelders addiert (inkrementiert) und der vorangehende Wert (Historienspeicher θT1eo des elektrischen Winkel des ersten Drehmelders) wird durch Inkrementieren von 360° auf den elektrische Winkel θT1e des ersten Drehmelders nachgeführt (S206).
Falls andererseits ein Ergebniswert nach der Subtraktion kleiner als 180 ist (S202: NEIN), wird in Abhängigkeit davon, ob ein durch Subtrahieren des elektrischen Winkel θT1e des ersten Drehmelders von dem Historienspeicher θT1eo des elektrischen Winkels des ersten Drehmelders hervorgebrachter Wert kleiner als –180 ist (S204) bestimmt, ob der elektrische Winkel des ersten Drehmelders 35 um eine einzige Umdrehung in der Linksrichtung (bezüglich der Drehrichtung des Lenkrads zu der linken Seite) gedreht wurde oder nicht. Beispielsweise wird dann, wenn der vorangehende elektrische Winkel 2° beträgt, während der gegenwärtige elektrische Winkel 357° beträgt, bestimmt, dass der elektrische Winkel um eine einzige Umdrehung in der Linksrichtung gedreht wurde, da 2 – 357 = –355 ist, was kleiner als –180 ist. Falls hier ein Wert nach der Subtraktion kleiner als –180 ist (S204: JA), wird in Schritt S205 der Wert 1 von der Umdrehungsanzahl Nt1 des elektrischen Winkels des ersten Drehmelders dekrementiert und der vorangehende Wert (Historienspeicher θT1eo des elektrischen Winkels des ersten Drehmelders) wird auf den elektrischen Winkel θT1e des ersten Drehmelders nachgeführt, der um 360° dekrementiert wird (S206). Falls andererseits der Wert nach der Subtraktion größer als –180° ist (S204: NEIN), wird der vorangehende Wert (Historienspeicher θT1eo des elektrischen Winkels des ersten Drehmelders) auf den gegenwärtigen elektrischen Winkel θT1e des ersten Drehmelders nachgeführt (S206).
Der elektrische Winkel wird zudem für den zweiten Drehmelder 37 nachgeführt. In Schritt S212 wird bestimmt, ob der elektrische Winkel des zweiten Drehmelders 37 um eine einzige Drehung in der rechten Richtung gedreht wurde oder nicht, und falls er um eine einzige Umdrehung in der rechten Richtung gedreht wurde (S212: JA), wird die Umdrehungsanzahl Nt2 des elektrischen Winkels des zweiten Drehmelders 37 in Schritt S213 um 1 inkrementiert und der vorangehende Wert (Historienspeicher θT2eo des elektrischen Winkels des zweiten Drehmelders) wird auf den elektrische Winkel θT2e des zweiten Drehmelders nachgeführt, der um 360° inkrementiert wird (S216). Falls er nicht um eine einzige Umdrehung in der rechten Richtung gedreht wird (S212: NEIN), wird bestimmt, ob der elektrische Winkel des zweiten Drehmelders 37 um eine einzige Umdrehung in der linken Richtung gedreht wurde (S214). Falls bestimmt wird, dass der elektrische Winkel um eine einzige Umdrehung in der linken Richtung gedreht ist (S214: JA), wird die Umdrehungsanzahl Nt2 des elektrischen Winkels des ersten Drehmelders in Schritt S215 um 1 dekrementiert und danach wird der vorangehende Wert (Historienspeicher θT2eo des elektrischen Winkels des ersten Drehmelders) auf den elektrische Winkel θT2e des zweiten Drehmelders nachgeführt, der um 360° dekrementiert wird (S216). Falls andererseits der Drehbereich des elektrischen Winkels nicht geändert wird (S214: NEIN), wird der vorangehende Wert (Historienspeicher θT2eo des elektrischen Winkels des zweiten Drehmelders) auf den gegenwärtigen elektrischen Winkel θT2e des zweiten Drehmelders nachgeführt.
Der elektrische Winkel wird auch für den Motordrehmelder 44 nachgeführt. In S222 wird bestimmt, ob der elektrische Winkel des Motordrehmelders 24 um eine einzige Umdrehung in der rechten Richtung gedreht ist, und falls er um eine einzige Drehung in der rechten Richtung gedreht ist (S222: JA), wird die Umdrehungsanzahl Nm des elektrischen Winkels des Motordrehmelders 44 in Schritt S223 um 1 inkrementiert. Dann wird der vorangehende Wert (Historienspeicher θMeo des elektrischen Winkels des Motordrehmelders) auf den elektrischen Winkel θMe des Motordrehmelders nachgeführt, der um 360° inkrementiert wird (S206). Sofern er nicht um eine einzige Umdrehung in der rechten Richtung gedreht ist (S222: NEIN), wird bestimmt, ob der elektrische Winkel des Motordrehmelders 24 um eine einzige Umdrehung in der linken Richtung gedreht ist oder nicht (S224). Falls bestimmt wird, dass der elektrische Winkel um eine einzige Umdrehung in der linken Richtung gedreht ist (S224: JA), wird die Umdrehungsanzahl Nm des elektrischen Winkels des Motordrehmelders in Schritt S225 um 1 dekrementiert und danach wird der vorangehende Wert (Elektrowinkelhistorienspeicher θMeo des Motordrehmelders) auf den elektrische Winkel θMe des Motordrehmelders 44 nachgeführt, der um 360° dekrementiert wird (S226). Andererseits wird, sofern nicht der Drehbereich des elektrischen Winkels geändert ist (S224: NEIN), der vorangehende Wert (Historienspeicher θMeo des elektrischen Winkels des Motordrehmelders) auf den gegenwärtigen elektrischen Winkel θMe des Motordrehmelders nachgeführt (S226).
Die Lenkwinkelberechnungsverarbeitung (S300 in 6(B)) zum Erfassen einer Betriebsunterbrechung in dem Drehwinkelsensor durch Berechnen des Drehwinkels von einem jeden der Umdrehungsanzahlen der elektrischen Winkel des ersten Drehmelders 35, des zweiten Drehmelders 37 und des Motordrehmelders 44 sowie das Ausführen der Majoritätsoperation an den berechneten Lenkwinkeln wird nun unter Bezugnahme auf 9 beschrieben, die die Subroutine davon anzeigt.
Zunächst wird auf Grundlage des elektrischen Winkels θT1e des ersten Drehmelders 35 ein Lenkwinkel θT1 seitens des ersten Drehmelders berechnet, auf Grundlage des elektrischen Winkels θT2e des zweiten Drehmelders 37 wird der Lenkwinkel θT2 seitens des zweiten Drehmelders berechnet und auf Grundlage des elektrischen Winkels θMe des Motordrehmelders 44 wird der motorseitige Lenkwinkel θM berechnet, und zwar entsprechend den Ausdrücken in denselben Figuren (S302).
Als Nächstes wird in Abhängigkeit davon, ob ein durch Subtraktion des Lenkwinkels θT2 seitens des zweiten Drehmelders von dem Lenkwinkel θT1 seitens des ersten Drehmelders erhaltener Wert kleiner als ein vorbestimmter Grenzwert ist oder nicht (Grenzwert θspr der Ablenkung zwischen θT1 und θT2) bestimmt, ob in einem von dem ersten Drehmelder 35 und dem zweiten Drehmelder 37 eine Betriebsunterbrechung auftritt oder nicht (S304). Hier werden, falls in dem ersten Drehmelder 35 oder dem zweiten Drehmelder 37 keine Betriebsunterbrechung vorhanden ist (S304: JA), der Normal-/Anormalmerker FT1 des ersten Drehmelders 35 und der Normal-/Anormalmerker FT2 des zweiten Drehmelders 37 zurückgestellt (0: normal) (S306). Dann wird der Wert des Lenkwinkels θT1 seitens des ersten Drehmelders gleich dem absoluten Lenkwinkel θA gemacht und die Verarbeitung wird beendet (S308). Das heißt, der Lenkwinkel wird zur normalen Zeit mit dem ersten Drehmelder 35 erfasst.
Falls andererseits eine Differenz zwischen dem Lenkwinkel des ersten Drehmelders 35 und dem Lenkwinkel des zweiten Drehmelders 37 größer als ein Abweichungsgrenzwert θspr ist, existiert in einem von dem ersten Drehmelder 35 und dem zweiten Drehmelder 37 ein Problem (S304: NEIN). Somit wird in Abhängigkeit davon, ob ein durch Subtrahieren des motorseitigen Lenkwinkels θM von dem Lenkwinkel θT1 seitens des ersten Drehmelders erhaltener Wert kleiner als ein vorbestimmter Grenzwert ist (Grenzwert θmot der Abweichung zwischen dem drehmomentsensorseitigen Lenkwinkel und dem motorseitigen Lenkwinkel) berücksichtigt, ob irgendeine Betriebsunterbrechung seitens des zweiten Drehmelders 37 vorhanden ist oder nicht (S310). Falls hier der Wert nach der Subtraktion kleiner als der Grenzwert θmot ist und an der Seite des zweiten Drehmelders 37 irgendein Problem oder eine Betriebsunterbrechung vorhanden ist (S310: JA), wird der Normal-/Anormalmerker FT2 des zweiten Drehmelders 37 gesetzt (1: anormal) (S312) und die Verarbeitung schreitet zu Schritt S308 vor. In diesem Schritt wird der Wert des Lenkwinkels θT1 seitens des ersten Drehmelders gleich dem nachgeführten absoluten Lenkwinkel θA gemacht und die Verarbeitung wird beendet.
Falls andererseits an der Seite des ersten Drehmelders 35 eine Betriebsunterbrechung vorhanden ist (S310: NEIN), wird erkannt, ob seitens des zweiten Drehmelders 37 irgendein Problem oder eine Betriebsunterbrechung erzeugt ist oder nicht (S314). Dies wird in Abhängigkeit davon bestimmt, ob ein durch Subtrahieren des motorseitigen Lenkwinkels θM von dem Lenkwinkel θT2 seitens des zweiten Drehmelders erhaltener Wert kleiner als der Abweichungsgrenzwert θmot ist. Falls der Wert nach der Subtraktion kleiner als der Grenzwert θmot ist und der zweite Drehmelder 37 normal ist, während in dem ersten Drehmelder 35 eine Anormalität vorhanden ist (S314: JA), wird der Normal-/Anormalmerker FT1 des ersten Drehmelders 35 gesetzt (1: anormal) (S316). Dann wird der nachgeführte absolute Lenkwinkel θA als der Lenkwinkel θT2 seitens des zweiten Drehmelders angenommen, das heißt, der durch den zweiten Drehmelder 37 erfasste Lenkwinkel wird an Stelle des Lenkwinkels des ersten Drehmelders 35 angenommen, und dann wird die Verarbeitung beendet (S318). Falls andererseits der Wert nach der Subtraktion kleiner als der Grenzwert θmot ist und in dem zweiten Drehmelder 37 ebenso wie in dem ersten Drehmelder 35 eine Anormalität vorhanden ist (S316: NEIN), wird der Normal-/Anormalmerker FT1 des ersten Drehmelders 35 und der Normal-/Anormalmerker FT2 des zweiten Drehmelders 37 gesetzt (1: normal) (S320). Dann wird die Verarbeitung des Drehmomentsensors, beispielsweise eine Verarbeitung zum allmählichen Verringern des Unterstützungsdrehmoments ausgeführt (S322). Zu diesem Zeitpunkt kann die Umdrehungsanzahl Nt1 des elektrischen Winkels des ersten Drehmelders 35 auf Grundlage des Lenkwinkels θM des Motordrehmelders 24 festgelegt werden.
Da in dem elektrisch betriebenen Lenkgerät gemäß dem ersten Gesichtspunkt jeder Lenkwinkel unter Verwendung von drei Drehwinkelsensoren (dem ersten Drehmelder 35, dem zweiten Drehmelder 37 und dem Motordrehmelder 44) ermittelt wird, kann der Lenkwinkel selbst dann kontinuierlich erfasst werden, wenn einer davon betriebsunterbrochen ist, und durch Beibehalten der Funktionen des ABS-Systems, des VSC-Systems und dergleichen kann die Sicherheit beim Fahren erhöht werden. Ferner wird die Majoritätsoperation an den mit Hilfe der drei Drehwinkelsensoren (dem ersten Drehmelder 35, dem zweiten Drehmelder 37 und dem Motordrehmelder 44) erfassten Lenkwinkeln ausgeführt. Da der Lenkwinkel auf Grundlage des Ergebnisses der Majoritätsoperation ausgewählt wird, kann immer auf geeignete Weise entschieden werden, ob die Funktionen des ersten Drehmelders 35 und des zweiten Drehmelders 37 geeignet sind, wodurch die Zuverlässigkeit des Lenkwinkels erhöht werden kann.
Die Verarbeitung des Nachführens der Umdrehungsanzahl des elektrischen Winkels (in 6(B) gezeigter Schritt S400) zum Zeitpunkt einer Betriebsunterbrechung zum Wiederherstellen des ersten Drehmelders 35 und des zweiten Drehmelders 37, deren Betrieb unterbrochen ist, die für die betriebsunterbrochenen ersten Drehmelder 35 und zweiten Drehmelder 37 ausgeführt wird, indem die Umdrehungsanzahl des elektrischen Winkels auf Grundlage eines gemäß der Majoritätsfunktion ausgewählten Lenkwinkels nachgeführt wird, wird unter Bezugnahme auf 10 beschrieben, die deren Subroutine anzeigt.
Zunächst wird bestimmt, ob der erste Drehmelder 35 betriebsunterbrochen ist oder nicht, während der zweite Drehmelder 37 normal ist, und zwar in Abhängigkeit davon, ob der Normal-/Anormalmerker FT1 des ersten Drehmelders 1 beträgt oder nicht und ob der Normal-/Anormalmerker FT2 des zweiten Drehmelders 0 beträgt oder nicht (S402). Falls der erste Drehmelder 35 betriebsunterbrochen ist, während der zweite Drehmelder 37 normal ist (S402: JA), wird die Umdrehungsanzahl Nt1 des elektrischen Winkels des ersten Drehmelders 35 gemäß dem in der gleichen Figur angezeigten Ausdruck auf Grundlage des absoluten Lenkwinkels θA (hier der von dem zweiten Drehmelder 37 ermittelte Lenkwinkel θT2) berechnet, der auf Grundlage der vorstehend beschriebenen Majoritätsoperation ausgewählt wurde, und dann wird die Umdrehungsanzahl Nt1 des elektrischen Winkels mit dem so erhaltenen Wert nachgeführt (S404).
Falls andererseits der erste Drehmelder 35 betriebsunterbrochen ist, während der zweite Drehmelder 37 nicht normal läuft (S402: NEIN), wird in Abhängigkeit davon, ob der Normal-/Anormalmerker FT1 des ersten Drehmelders 0 beträgt und der Normal-/Anormalmerker FT2 des zweiten Drehmelders 1 beträgt (S406) bestimmt, ob der erste Drehmelder 35 normal läuft oder nicht, während der zweite Drehmelder 37 anormal läuft. Falls der erste Drehmelder 35 normal läuft, während der zweite Drehmelder 37 anormal läuft (S406: JA), wird die Umdrehungsanzahl Nt2 des elektrischen Winkels des zweiten Drehmelders 37 gemäß dem in der gleichen Figur gezeigten Ausdruck auf Grundlage des absoluten Lenkwinkels θA (hier der Lenkwinkel θT1, der durch den ersten Drehmelder 35 ermittelt wurde) berechnet, der auf Grundlage der vorstehend beschriebenen Majoritätsoperation ausgewählt wurde, und die Umdrehungsanzahl Nt2 des elektrischen Winkels des zweiten Drehmelders 37 wird mit diesem Wert nachgeführt (S408).
Falls andererseits der erste Drehmelder 35 normal läuft, während der zweite Drehmelder 37 nicht anormal läuft (S406: NEIN), wird in Abhängigkeit davon, ob oder ob nicht der erste Normal-/Anormalmerker FT1 des ersten Drehmelders 1 beträgt und der Normal-/Anormalmerker FT2 des zweiten Drehmelders 1 beträgt (S410) bestimmt, ob sowohl der erste Drehmelder 35 als auch der zweite Drehmelder 37 anormal sind oder nicht. Falls sowohl der erste Drehmelder 35 als auch der zweite Drehmelder 37 anormal sind (S410: JA), wird die Umdrehungsanzahl Nt1 des elektrischen Winkels des ersten Drehmelders 35 gemäß dem in der Figur angezeigten Ausdruck auf Grundlage des absoluten Lenkwinkels θA berechnet und dann wird die Umdrehungsanzahl Nt1 des elektrischen Winkels mit dem ermittelten Wert nachgeführt. Ebenso wird die Umdrehungsanzahl Nt2 des elektrischen Winkels des zweiten Drehmelders 37 gemäß dem Ausdruck in der gleichen Figur auf Grundlage des absoluten Lenkwinkels θA berechnet und die Umdrehungsanzahl Nt2 des elektrischen Winkels wird mit dem ermittelten Wert nachgeführt (S412). Es ist zulässig, als den absoluten Lenkwinkel θA dessen letzten Wert zu verwenden, der nicht nachgeführt wurde, oder einen absoluten Lenkwinkel θA zu verwenden, der auf Grundlage des Lenkwinkels θM des Motordrehmelders 34 festgelegt wurde.
Bei dem elektrisch betriebenen Lenkgerät der Erfindung wird der Lenkwinkel ermittelt unter Verwendung einer Umdrehungsanzahl, die dem Lenkwinkel (absoluten Lenkwinkel θA) entspricht, der als ein Ergebnis der Majoritätsoperation ausgewählt wurde, ebenso wie unter Verwendung eines Drehwinkels, der durch den Drehmelder für den ersten Drehmelder 35 oder den zweiten Drehmelder 37 erfasst wurde, der als ungeeignet bestimmt wurde. Somit kann selbst dann, wenn die temporär in dem ersten Drehmelder 35 oder dem zweiten Drehmelder 37 gezählte Umdrehungsanzahl infolge eines Kurzschlusses, der in einem Moment infolge eines Kontaktfehlers oder dergleichen auftritt, unklar wird, der Lenkwinkel immer unter Verwendung einer Umdrehungsanzahl ermittelt werden, die dem Lenkwinkel entspricht, der aus dem Ergebnis der Majoritätsoperation ausgewählt wurde. Somit kann der Lenkwinkel auf geeignete Weise ermittelt werden, indem das Zählen des ersten Drehmelders 35 und des zweiten Drehmelders 37 wieder gestartet wird. Aus diesem Grund kann selbst dann, wenn der erste Drehmelder 35 oder der zweite Drehmelder 37 momentan in die Betriebsunterbrechung gerät, eine Steuerung des Motors wieder gestartet werden, indem der Unterstützungsbetrag auf geeignete Weise bestimmt wird, falls der erste Drehmelder 35 oder der zweite Drehmelder 37 von der Betriebsunfähigkeit wieder hergestellt werden. Ferner kann die Majoritätsoperation unter Verwendung aller drei Drehwinkelsensoren (des ersten Drehmelders 35, des zweiten Drehmelders 37 und des Motordrehmelders 44) ausgeführt werden, wodurch die Zuverlässigkeit des Lenkwinkels nicht gesenkt wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Struktur wird der absolute Lenkwinkel gemäß der Prioritätsreihenfolge des ersten Drehmelders 35, des zweiten Drehmelders 37 und des Motordrehmelders 44 ermittelt. Der Grund, warum der erste Drehmelder 35 mit der höchsten Priorität genommen wird, ist der, dass dieser Winkel der zum tatsächlichen Lenkwinkel des Lenkrads am nächsten gelegene Winkel ist. Falls jedoch ein tatsächlicher Lenkwinkel des Reifens bei der Anwendung des absoluten Lenkwinkels benötigt wird, kann die Prioritätsreihenfolge die folgende sein: der zweite Drehmelder 37, der erste Drehmelder 35 und der Motordrehmelder 44.
Obwohl in dem vorgenannten Ausführungsbeispiel ein Beispiel angezeigt wurde, bei dem der Drehmelder als ein Drehwinkelsensor verwendet wird, ist es unnötig zu erwähnen, dass die Struktur der vorliegenden Erfindung auf einen Drehwinkelsensor angewendet werden kann, der beispielsweise eine Schlitzplatte oder einen Fotounterbrecher aufweist.

Claims

Elektrisch betriebenes Lenkgerät (20) mit: einem Lenkrad (21); einem ersten Drehwinkelsensor (35) zum Erfassen des Drehwinkels (θT1e) einer an dem Lenkrad (21) angeschlossenen Lenkwelle (22); einem zweiten Drehwinkelsensor (37) zum Erfassen des Drehwinkels (θT2e) der Lenkwelle (22) über ein elastisches Element (31); einem Motor (40) zum Unterstützen des Lenkens durch den Lenkmechanismus, der an der Lenkwelle (22) angeschlossen ist; und einen dritten Drehwinkelsensor (44) zum Erfassen des Drehwinkels (θMe) des Motors (40), um den Motor (40) zu steuern, indem ein Unterstützungsbetrag aus einer Differenz (Δθ) zwischen dem durch den ersten Drehwinkelsensor (35) erfassten Drehwinkel (θT1e) und dem durch den zweiten Drehwinkelsensor (37) erfassten Drehwinkel (θT2e) bestimmt wird, gekennzeichnet durch ein Mittel zum Ermitteln eines ersten Lenkwinkels (θT1) aus dem durch den ersten Drehwinkelsensor (35) erfassten Drehwinkel (θT1e) und einer gezählten Umdrehungsanzahl (Nt1) des ersten Drehwinkelsensors (35), zum Ermitteln eines zweiten Lenkwinkels (θT2) aus dem durch den zweiten Drehwinkelsensor (37) erfassten Drehwinkel (θT2e) und einer gezählten Umdrehungsanzahl (Nt2) des zweiten Drehwinkelsensors (37), und zum Ermitteln eines dritten Lenkwinkels (θM) aus dem durch den dritten Drehwinkelsensor (44) erfassten Drehwinkel (θMe) und einer gezählten Umdrehungsanzahl (Nm) des Motors (40); ein Mittel zum Ausführen einer Majoritätsfunktion auf Grundlage des ersten, zweiten und dritten Lenkwinkels (θT1, θT2, θM), die durch den ersten Drehwinkelsensor (35), den zweiten Drehwinkelsensor (37) und dem dritten Drehwinkelsensor (44) ermittelt wurden, um zu bestimmen, ob jeder der Drehwinkelsensoren (35, 37, 44) geeignet ist oder nicht, wobei als ein Ergebnis der Majoritätsfunktion ein geeigneter des ersten, zweiten und dritten Drehwinkel (θT1, θT2 und θM) als ein absoluter Lenkwinkel (θA) ausgewählt wird; und ein Mittel zum Ermitteln eines absoluten Lenkwinkels (θA) aus einem durch den Drehwinkelsensor (35, 37) erfassten Drehwinkel (θT1e, θT2e), der als ein Ergebnis der Majoritätsfunktion als ungeeignet bestimmt wurde, und aus einer Umdrehungsanzahl (Nt1, Nt2), die dem aus einem Ergebnis der Majoritätsfunktion ausgewählten absoluten Lenkwinkel (θA) entspricht.